Слой барьера, препятствующего прониканию водорода

Слой барьера, препятствующего прониканию водорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к области барьерных слоев, которые являются слоями, выполняемыми с возможностью снижения проницаемости материала для конкретных субстанций, для чего и выполняется подобный слой. Более конкретно, настоящее изобретение относится к барьерам, препятствующим прониканию водорода, которые сильно снижают водородную проницаемость подложки, на которой выполняется подобный барьер. Еще конкретнее, настоящее изобретение относится к хранению и транспортировке водорода, в частности в областях применения, в которых производится, преобразуется, используется или накапливается энергия.

Определение

Используемый в описании термин «водород» содержит любой из трех изотопов водорода: ¹H, ²D (дейтерий) и ³T (тритий).

«Слой водородного барьера» или «слой барьера, препятствующего прониканию водорода» - это слой, который предотвращает или сильно препятствует перемещению водорода через него.

Предпосылки создания изобретения

Диффузия водорода является серьезной проблемой во всех потенциальных областях применения, имеющих отношение к производству и использованию водорода. В частности, предъявляемые условия существуют в ядерных реакторах, из-за наличия высоких температур, и поскольку серьезные проблемы возникают из-за соприкосновения с жидким натрием или с каким либо другим коррозийным материалом, неизбежных для эксплуатации реактора. Высокотемпературная и коррозионная устойчивость должна также учитываться в двигателях внутреннего сгорания, использующих водород. А также устойчивость к химическому воздействию (инертность) необходима в электрохимических процессах, связанных с производством и хранением водорода.

В одном известном способе для создания барьера, препятствующего прониканию водорода, водород связывают в гидрид, как рассматривается в патентных документах DE 03130906. Гидриды, главным образом, основаны на гидрид-образующих редкоземельных (как, например, иттрий) или щелочноземельных металлах, таких как кальций и магний. Эти материалы образуют сплавы с существующими материалами емкостей или стеновыми материалами.

Проницаемость водорода через стенки различных составляющих ядерных реакторов является потенциальной проблемой при эксплуатации реактора. В патентных документах US 4314880, предлагается формирование интерметаллических слоев материала реактора, осаждая его в расплавленный алюминий и нагревая до 800°С. Интерметаллические соединения, выполненные таким способом, формируют водородный барьер.

В US 2007/0089764 описывается газонепроницаемый резервуар для хранения и транспортировки, к тому же с применением гидрида металла, который различен для применения в различных диапазонах температур.

В US 2007/0089764, к тому же, раскрыт термопластичный полимер, удерживающий гидриды, в качестве диффузионного барьера для водорода.

Документ US 6787007 раскрывает электрохимически активный водородный барьер, состоящий из полной системы анодного слоя, катодного слоя, электролитического слоя и каталитического слоя, активируемый источником напряжения.

Документ WO 04057051 описывает водородный барьер, полученный импульсной плазменной нитридизацией.

Кроме того, и более тесно относящееся к настоящему изобретению применение барьеров, препятствующих прониканию, предлагается в форме тонких пленок, в частности пленок на основе оксидов керамики таких, как б-фазный оксид алюминия (б-корунд, б-Al₂O₃), ссылки [1-4]. Эти пленки имеют высокую эффективность в удержании водорода. Такие барьеры могут применяться во многих областях, где диффузия водорода и удерживание в веществе являются проблемой. Подобные пленки могут быть многофункциональными, поскольку они имеют потенциальные возможности применения в качестве антикоррозийных слоев, сохраняющих способность, при циклическом воздействии температуры, противостояния воздействию высокого нагрева (накала) и потоков нейтронов, и допускают возможность контакта с агрессивными средами [5]. Самыми высокими потенциальными возможностями для выполнения большинства этих требований обладает α-оксид алюминия в силу своих уникальных высокотемпературных термических и механических свойств.

Проблемы предшествующего уровня техники

Все решения, основанные на полимерных и пластических барьерах, препятствующих диффузии, ограничены относительно низкими температурами.

Концепции с гидридами металлов имеют две значительные проблемы. Образование гидридов обычно связано с образованием сплава между материалом подложки и материалом, образующим гидрид. В большинстве случаев это должно выполняться при повышенных температурах (например, в патентных документах US 4314880 при 800°C), и выполнение этого для крупной подложки является достаточно сложным, и, более того, свобода в выборе материала для подложки - при котором должно быть выполнено плавление - ограничена. На температуру образования гидридов может влиять выбор материала, образующего гидрид. Однако обычно более низкая температура образования приводит к меньшей температурной устойчивости гидридов.

Плазма-нитридные слои являются экономически интересным решением для барьеров, препятствующих прониканию, но не показано, что данное решение может применяться к барьерам, препятствующим высокотемпературной диффузии, в плавильных реакторах или двигателях внутреннего сгорания, и поведение данных слоев как барьера, препятствующего прониканию, едва ли может быть сравнимо с хорошо известным состоянием современной техники.

Электрохимически активный барьер, препятствующий диффузии, является предпочтительным, но дорогостоящим разрешением. Он основан на относительно сложной слоевой конструкции в совокупности с электрическими контактами и не может соответствовать требованиям для использования при высоких температурах. Кроме того, в случае применения в коррозийном окружении требуется дополнительная защита.

Интересный и рентабельный способ создания водородного барьера базируется на осаждении тонких пленочных слоев на те компоненты (подложки; обычно выполненные из металла или керамики), которые находятся в контакте с водородом. Как изложено выше, α-Al₂O₃, корунд-структура окиси алюминия, является многообещающим кандидатом благодаря своей высокотемпературной устойчивости и ее выдающимся механическим свойствам. Однако для синтеза α-Al₂O₃ в промышленном масштабе, требуется как высокотемпературное (приблизительно 1000°C) осаждение, так и методы обработки должны быть высококачественными для покрытий крупных и сложных поверхностей [6-9]. Последние результаты, достигнутые с осаждением окиси алюминия посредством PECVD [10] (плазмохимического осаждения из паровой фазы) и магнетронным распылением [11] при температурах ниже 600°C и даже 500°C соответственно, являются перспективными. Однако эти лабораторные исследования все еще далеки от применения в промышленных условиях.

Цель изобретения

С учетом вышеизложенного, одной задачей изобретения является создание альтернативы известным барьерам, препятствующим прониканию водорода, в частности один, который не имеет проблем, упомянутых выше или, по крайней мере, некоторых из этих проблем. Более того, предложено устройство, содержащее барьер, препятствующий прониканию водорода, и способ производства барьера, препятствующего прониканию водорода. В дополнение, будет обеспечена польза слоевой системы.

Другой задачей изобретения является обеспечение тонкопленочного барьера, препятствующего прониканию водорода, который имеет качество барьера, препятствующего прониканию водорода, по меньшей мере, сравнимое с качеством α-Al₂O₃.

Другой задачей изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, имеющего температуру образования или температуру осаждения или необходимую температуру подложки ниже 1000°C, предпочтительно ниже 600°C, более предпочтительно ниже 500°C и даже в дальнейшем предпочтительно ниже 400°C.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, имеющего жесткость, сопоставимую с жесткостью α-Al₂O₃.

Другой задачей изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, который можно сформировать так, чтобы он содержал одну или более различные фазы, в частности, фазы от аморфной до корунд-типовых структур. Корунд-типовые структуры показывают многообещающее поведение барьера, препятствующего прониканию водорода. Специалисту в области тонких пленок и/или кристаллографии хорошо известно, как определить наличие или отсутствие корунд-типовой структуры.

Другой задачей изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, содержащего, по меньшей мере, одну высокотемпературную фазу, то есть, по меньшей мере, одну фазу, которая находится в термальном равновесии только выше 1000°C.

Другой задачей изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, свойства которого можно настраивать довольно простым способом. В частности, там, где можно настраивать жесткость слоевой системы.

Другой задачей изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, который можно настраивать для различных областей применения, в частности, для многоцелевых применений, то есть для применений, требующих сочетания всевозможных различных свойств.

Другой задачей изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, который с одной стороны выполнен с возможностью в значительной степени препятствовать потерям водорода и с другой стороны с возможностью накапливать водород.

Другой задачей изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, который может производиться в промышленном масштабе, то есть с хорошей воспроизводимостью и равномерностью (в отношении свойств всей поверхности, покрытой барьером, препятствующим прониканию водорода), при умеренных усилиях/умеренных затратах, и в больших количествах, в частности, барьера, препятствующего прониканию водорода, который можно осаждать указанным методом, свыше, по меньшей мере, 100 см², предпочтительнее, по меньшей мере, 1000 см² или, по меньшей мере, 5000 см².

Другой задачей изобретения является формирование комбинации, по меньшей мере, одного слоя барьера, препятствующего прониканию водорода, и, по меньшей мере, одного слоя материала, способного образовывать гидрид.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, который является в частности износоустойчивым.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, который является в частности жароустойчивым.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение барьера, препятствующего прониканию водорода, который является в частности химически инертным.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа для обеспечения подложек с барьером, препятствующим прониканию водорода, которые не могли бы быть обеспечены с барьером, препятствующим прониканию водорода, иным способом или, по меньшей мере, с барьером, препятствующим прониканию водорода, не обладающим сопоставимыми характеристиками.

Соответствующие задачи настоящего изобретения относятся к соответствующим устройствам, способам и эффектам применения соответственно.

По меньшей мере, одна из этих задач, по меньшей мере, частично достигается посредством устройств, способов и применений согласно патентной формуле изобретения.

Краткое описание изобретения

Способ для производства барьера, препятствующего прониканию водорода, включающий стадии:

а) осаждения на подложку слоевой системы, содержащей, по меньшей мере, один слой;

и отличающийся тем, что стадия а) содержит стадию

b) осаждения, по меньшей мере, одного слоя водородного барьера, содержащего, по меньшей мере, тернарный оксид.

Рассматриваемый с другой, незначительно отличающейся, точки зрения способ - это способ для снижения водородной проницаемости подложки, включающий стадии a) и b), упомянутые выше.

Устройство содержит изолируемый объем и стенку, формирующую, по меньшей мере, участок границы, лимитирующий указанный объем. При этом указанная стенка содержит барьер, препятствующий прониканию водорода, содержащий слоевую систему, содержащую, по меньшей мере, один слой. Указанная слоевая система содержит, по меньшей мере, один слой водородного барьера, содержащий, по меньшей мере, тернарный оксид.

Рассматриваемое с конкретной точки зрения изобретение содержит систему, содержащую первый и второй объем и барьер, препятствующий прониканию водорода, отделяющий указанный первый объем от указанного второго объема. Концентрация водорода в указанном первом объеме отличается, в частности, по существу отличается от концентрации водорода в указанном втором объеме. Указанный барьер, препятствующий прониканию водорода, содержит слоевую систему, содержащую, по меньшей мере, один слой, и указанная слоевая система содержит, по меньшей мере, один слой водородного барьера, содержащий, по меньшей мере, тернарный оксид. Указанную систему можно рассматривать как водородсодержащую систему.

Настоящее изобретение, более того, включает способ производства устройства согласно изобретению, причем указанный способ содержит стадию

B) осаждения указанного слоя водородного барьера на указанную стенку.

Эффектом применения согласно изобретению является эффект применения слоевой системы содержащей, по меньшей мере, один слой, содержащий, по меньшей мере, тернарный оксид в качестве барьера, препятствующего прониканию водорода, в частности в качестве слоя барьера, препятствующего прониканию водорода, или покрытия.

Рассматриваемый с другого, незначительно отличающегося, угла, эффект применения является эффектом применения слоевой системы, содержащей, по меньшей мере, один слой, содержащий, по меньшей мере, тернарный оксид для сокращения, в частности для сокращения по существу водородной проницаемости подложки.

Барьер, препятствующий прониканию водорода, согласно изобретению содержит слоевую систему, содержащую, по меньшей мере, один слой, в котором указанная слоевая система содержит, по меньшей мере, один слой водородного барьера, содержащий, по меньшей мере, тернарный оксид.

Благодаря изобретению можно обеспечить альтернативу, в частности, усовершенствованный барьер, препятствующий прониканию водорода, а также способы для производства усовершенствованного барьера, препятствующего прониканию водорода. Изобретение позволяет обеспечить множество типов подложек с барьером, препятствующим прониканию водорода, в частности, с барьером, препятствующим прониканию водорода, высокого качества и с превосходными свойствами.

Слой водородного барьера - это слой, который предотвращает или сильно препятствует перемещению водорода через него. Соответственно, когда осажденный на подложку слой водородного барьера будет, по меньшей мере, в значительной степени сокращать проницаемость подложки водородом. Следует заметить, что подложка все еще рассматривается как подложка, причем даже после того, как подложку дополняют покрытием.

Подложка, на которую осаждают слой водородного барьера, может, например

- быть самостоятельно защищенной (в значительной степени) от вступления в контакт с водородом (имеющимся на той стороне подложки, на которую осаждают слой водородного барьера);

- избегать (в значительной степени) того, что водород, имеющийся в объеме, огороженном (по меньшей мере, частично) подложкой, покинет указанный объем, то есть предохранять наружную сторону указанного объема от водорода, имеющегося в указанном объеме;

- избегать (в значительной степени) того, что водород, имеющийся за пределами объема, огороженного (по меньшей мере, частично) подложкой, проникнет в указанный объем, то есть предохранять внутреннюю часть данного объема от водорода, имеющегося за пределами этого объема.

По меньшей мере, тернарным оксидом является тернарный оксид, то есть оксид, содержащий помимо О (кислорода), по меньшей мере, еще два химических элемента, или кватернарный оксид, то есть оксид, содержащий помимо О (кислорода), по меньшей мере, еще три химических элемента, или оксид, содержащий помимо О (кислорода) четыре или более химических элемента.

В одном варианте осуществления указанный, по меньшей мере, один слой водородного барьера по существу состоит из указанного, по меньшей мере, тернарного оксида соотношением до, по меньшей мере, 50 ат.%, в частности соотношением до, по меньшей мере, 70 ат.%, в частности соотношением до, по меньшей мере, 80 ат.%.

В одном варианте осуществления указанный, по меньшей мере, один слой водородного барьера, по существу, состоит из указанного, по меньшей мере, тернарного оксида, в частности указанный, по меньшей мере, один слой водородного барьера состоит из указанного, по меньшей мере, тернарного оксида соотношением, по меньшей мере, до 90 ат.%, в частности соотношением, по меньшей мере, до 95 ат.%.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, барьер, препятствующий прониканию водорода, по существу состоит из указанной слоевой системы.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, барьер, препятствующий прониканию водорода, имеет толщину, по меньшей мере, 5 нм, в частности, по меньшей мере, 10 нм или, по меньшей мере, 1 мкм.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, барьер, препятствующий прониканию водорода, имеет толщину, самое большее 50 мкм, в частности, самое большее 10 мкм или самое большее 1 мкм.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанный, по меньшей мере, тернарный оксид содержит, по меньшей мере, один металлосодержащий химический элемент. Металлосодержащий в данном случае включает в себя металлы, полуметаллы, переходные металлы.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанным, по меньшей мере, тернарным оксидом является тернарный оксид.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, за исключением упомянутого последним, указанным, по меньшей мере, тернарным оксидом является квотернарный оксид.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанный, по меньшей мере, тернарный оксид по существу имеет корунд-типовую структуру.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанный, по меньшей мере, тернарный оксид содержит твердый раствор или является по существу твердым раствором. Твердым раствором является твердотельный раствор одного или более растворенных веществ в растворителе, в котором при добавлении растворенного вещества или растворенных веществ в растворитель, кристаллическая структура растворителя остается неизменной (в котором кристаллическая решетка может стать деформированной), и в котором смесь остается, по меньшей мере, по существу в единой однородной фазе.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанный, по меньшей мере, тернарный оксид содержит алюминий.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанный, по меньшей мере, тернарный оксид содержит хром.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанный, по меньшей мере, тернарный оксид, по существу, состоит из Al, Cr и O, в частности с Al от 16 до 34 ат.%, с Cr от 6 до 24 ат.% и с O от 50 до 70 ат.%.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, за исключением трех упомянутых последними, указанный, по меньшей мере, тернарный оксид по существу, состоит из Al и О и, по меньшей мере, одной группы состоящей из

- Au - золото (в частности 20-30 ат.%)

- B - бор (в частности менее 3 ат.%)

- Be - бериллий (в частности 20-30 ат.%)

- C - углерод (в частности менее 3 ат.%)

- Cr - хром (в частности более 10 или более 25 ат.%)

- Fe - железо (в частности 2-15 ат.%)

- Hf - гафний (в частности 5-10 ат.%)

- Ir - иридий (в частности 10-15 ат.%)

- La - лантан (в частности 10-15 ат.%)

- Mo - молибден (в частности 2-5 ат.%)

- Nb - ниобий (в частности 1-3 ат.%)

- Ta - тантал (в частности 1-3 ат.%)

- Ti - титан (в частности 2-6 ат.%)

- V - ванадий (в частности 3-8 ат.%)

- W - вольфрам (в частности 5-8 ат.%)

- Y - иттрий (в частности 12-16 ат.%)

- Zr - цирконий (в частности 2-4 ат.%);

или в которой указанный, по меньшей мере, тернарный оксид по существу состоит из

- Fe, Va и O;

- Fe, Cr и O; или

- Va и Cr и O.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанный, по меньшей мере, тернарный оксид является почти не стехиометрическим в отношении кислорода, в частности величиной вплоть до 20%, и, более конкретно, величиной вплоть до 5% стехиометрического содержания кислорода.

В одном варианте осуществления способа, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, стадию b) проводят при температуре подложки ниже 800°C, в частности при температуре ниже 600°C, в частности при температуре ниже 500°C. Это дает возможность обеспечения подложки с барьером, препятствующим прониканию водорода, который можно не нагревать выше 600°C, что было бы обязательно для некоторых других известных барьеров, препятствующих прониканию водорода.

В одном варианте осуществления способа, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанное осаждение указанного, по меньшей мере, одного слоя водородного барьера, выполняют, используя способ физического парового осаждения.

В одном варианте осуществления способа, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанное осаждение указанного, по меньшей мере, одного слоя водородного барьера, выполняют, используя способ катодного дугового испарения, в частности способа неотфильтрованного катодного дугового испарения

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, по меньшей мере, два слоя указанной слоевой системы осаждают без перемещения указанной подложки из камеры вакуумной обработки между осаждением первого из указанных двух слоев и осаждением второго из указанных двух слоев. Это значительно упрощает и ускоряет создание барьера, препятствующего прониканию водорода.

В одном варианте осуществления способа, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, стадию а) проводят в камере вакуумной обработки без перемещения указанной подложки из указанной камеры вакуумной обработки. Это значительно упрощает и ускоряет создание барьера, препятствующего прониканию водорода.

В одном варианте осуществления способа, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, стадия а) содержит перед стадией b) стадию

с) осаждения на указанную подложку адгезионного слоя для увеличения адгезии указанного, по меньшей мере, одного слоя водородного барьера к указанной подложке.

В частности, указанный адгезионный слой осаждают перед осаждением другого слоя, т.е. напрямую на «обнаженную» подложку.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, осаждают адгезионный слой и указанный адгезионный слой содержит, по меньшей мере, одну из групп, состоящую из

- металла;

- гидрид-образующего металла;

- сплава;

- сплава, содержащего, по меньшей мере, один гидрид-образующий металл;

- нитрида;

- нитрида металла (азотистый металл);

- в частности, соединения металла и нитрида металла.

Несомненно, гидрид-образующие металлы или сплавы могут улучшать поведение барьера, препятствующего прониканию водорода, следовательно, можно достичь двойной положительный эффект.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, осаждают адгезионный слой, и указанное осаждение указанного адгезионного слоя проводят, используя способ физического парового осаждения.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, осаждают адгезионный слой, и указанное осаждение указанного адгезионного слоя проводят, используя способ катодного дугового испарения.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, осаждают адгезионный слой, и указанное осаждение указанного, адгезионного слоя проводят, используя способ такого же типа, как использовали для осаждения слоя водородного барьера. Это упрощает способ осаждения.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, осаждают адгезионный слой, и указанный адгезионный слой содержит, по меньшей мере, один химический элемент, который также содержится в указанной подложке и/или также содержится в указанном слое водородного барьера. Это может увеличивать адгезию барьера, препятствующего прониканию водорода, к основообразующей подложке.

В одном варианте осуществления способа, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, стадия а) содержит стадию:

e) осаждения на указанную подложку слоя, накапливающего водород, выполненного с возможностью накапливания и высвобождения водорода.

В частности, указанный слой, накапливающий водород, содержит или по существу состоит из материала, способного к образованию гидрида.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, стадия а) содержит стадию:

d) осаждения на указанную подложку защитного слоя для защиты, по меньшей мере, одного слоя указанной слоевой системы, в частности, всех других слоев указанной слоевой системы или одного или более слоев указанной слоевой системы, выполненных между указанной подложкой и указанным защитным слоем, от внешних воздействий.

Следует отметить, что указанные внешние воздействия могут быть воздействиями с любой внешней стороны рассматриваемого защищаемого слоя. Во многих случаях, это могут быть воздействия с внешней стороны слоевой системы, в частности с внешней стороны подложки с покрытием, более предпочтительно со стороны покрытия подложки, но это также могут быть воздействия другого слоя слоевой системы или подложки. Во многих случаях, указанный защитный слой образует самый крайний слой слоевой системы (самый дальний от подложки).

В одном варианте осуществления из ранее упомянутого варианта осуществления, указанный защитный слой является, по меньшей мере, одним из группы, состоящей из:

- слоя термального барьера для защиты указанного, по меньшей мере, одного слоя, причем для защиты от термальных воздействий, указанный слой термального барьера имеет удельную теплопроводность меньше, в частности, по существу меньше или, по меньшей мере, в 1,3 или, по меньшей мере, в 2 раза меньше, чем удельная теплопроводность, по меньшей мере, одного какого-нибудь другого слоя указанной слоевой системы;

- слоя барьера, препятствующего диффузии, для сокращения перемещения вещества внутри, внутрь или наружу из указанной слоевой системы, причем указанный слой барьера, препятствующего диффузии, обеспечивает препятствие сильнее, в частности по существу сильнее, или, по меньшей мере, в 1,3 или, по меньшей мере, в 2 раза сильнее, перемещению вещества через него, чем, по меньшей мере, один какой-нибудь другой слой слоевой системы;

- слоя барьера, препятствующего оксидированию, для защиты указанного, по меньшей мере, одного слоя, причем для защиты от оксидирования указанный слой барьера, препятствующего оксидированию, обеспечивает препятствие сильнее, в частности, по существу сильнее, или, по меньшей мере, в 1,3 или, по меньшей мере, в 2 раза сильнее перемещению кислорода через него, чем, по меньшей мере, один какой-нибудь другой слой указанной слоевой системы;

- слоя химического барьера для защиты указанного, по меньшей мере, одного слоя, причем для защиты от химического взаимодействия, указанный слой химического барьера имеет химическую инертность - по отношению, по меньшей мере, к одной химически активной подложке - выше, чем химическая инертность, по меньшей мере, одного какого-нибудь другого слоя указанной слоевой системы;

- износоустойчивого слоя для возрастания износоустойчивости указанного, по меньшей мере, одного слоя, причем для защиты указанный износоустойчивый слой имеет более высокую износоустойчивость, в частности по существу более высокую износоустойчивость или более высокую износоустойчивость, по меньшей мере, в 1,3 или, по меньшей мере, 2 раза выше, чем, по меньшей мере, один какой-нибудь другой слой указанной слоевой системы.

Указанный слой термального барьера сокращает, в частности значительно сокращает, передачу тепла через него.

Указанный слой барьера, препятствующего диффузии, предотвращает или сокращает, в частности значительно сокращает, перемещение вещества через него.

Указанный слой барьера, препятствующего оксидированию, предотвращает или сокращает, в частности значительно сокращает, перемещение кислорода сквозь него, таким образом, предохраняя вещество, находящееся непосредственно под ним, от оксидирования (по меньшей мере, с его стороны).

Указанный слой химического барьера предотвращает или сокращает, в частности значительно сокращает, химическую реакцию вещества (в частности от окружения) перед этим слоем с веществом (таким как, по меньшей мере, один слой слоевой системы) под этим слоем. Указанный износоустойчивый слой предотвращает или сокращает, в частности значительно сокращает, механический износ и/или деградацию слоевой системы.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, указанная подложка содержит или по существу является, по меньшей мере, одной из группы, состоящей из:

- металла;

- сплава;

- керамики.

В одном варианте осуществления способа, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, способ содержит стадию формирования границы между первым и вторым объемом посредством указанного барьера, препятствующего прониканию водорода, в котором концентрация водорода в указанном первом объеме отличается от концентрации водорода в указанном втором объеме.

В одном варианте осуществления, в котором возможно комбинирование с одним или более из ранее рассмотренных вариантов осуществления, устройство является или содержит, по меньшей мере, одну из групп состоящую из:

- контейнера для хранения водорода;

- контейнера для транспортировки водорода;

- плавильного реактора;

- топливного отсека;

- аккумулятора;

- двигателя внутреннего сгорания;

- сверхпроводящего электрического модулятора

- электрического трансмиссионного кабеля;

- топливного резервуара.

В отношении применения барьеров, препятствующих прониканию водорода, в сверхпроводящих электрических модуляторах и электрических трансмиссионных кабелях, следует заметить, что водород и/или особые водородные соединения (в частности соединения с кремнием Si; особые силаны) показывают потенциальные возможности проводников с малым (низкоомным) сопротивлением или сверхпроводящих, при достаточно низких температурах и достаточно высоких давлениях. Например, см. статью «Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials: Silane» of M.I. Eremets, I.A. Trojan, S.A. Medvedev, J.S. Tse, Y. Yao. В соответствующих водородсодержащих проводниках, утечку водорода можно сократить или избежать посредством барьеров, препятствующих прониканию водорода, согласно изобретению, и концентрация водорода в подобных проводниках может увеличиваться.

Настоящее изобретение содержит устройства и эффект применений с признаками соответствующих способов согласно изобретению и наоборот. Преимущества устройств и эффект применений соотносятся с преимуществами соответствующих способов и наоборот.

Далее предпочтительные варианты осуществления и преимущества будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения и чертежей.

Краткое описание чертежей

Ниже данное изобретение описано более подробно посредством примеров и включенных чертежей. На чертежах изображено:

Фиг.1а - микроснимок сечения сканирующей электронной микроскопии, демонстрирующий морфологию покрытия для слоя Al-Cr-O, осажденного c потоком кислорода 1000 см³/мин; причем в нижней части Фиг.1а - микроснимок сканирующей электронной микроскопии репродуцирован с вертикальной штриховкой тех мест, где имеются точечные вкрапления и с горизонтальной штриховкой тех мест, где имеются колоннообразные структуры;

Фиг.1b - микроснимок сечения сканирующей электронной микроскопии, демонстрирующий морфологию покрытия для слоя Al-Cr-O, осажденного c потоком кислорода 300 см³/мин;

Фиг.2а - RBS (спектрометрия обратного Резерфордовского рассеяния) спектр образца, осажденного с потоком кислорода 1000 см³/мин (сравнивая с Фиг.1а);

Фиг.2b - RBS (спектрометрия обратного Резерфордовского рассеяния) спектр образца осажденного с потоком кислорода 300 см³/мин (сравнивая с Фиг.1b);

Фиг.3а - XRD (X-лучевая рентгеновская дифракция) измерение для образца, осажденного с потоком кислорода 1000 см³/мин.

Фиг.3b - XRD (X-лучевая рентгеновская дифракция) измерение для образца, осажденного с потоком кислорода 300 см³/мин.

Фиг.4 - архитектура покрытия барьера, препятствующего прониканию водорода, реализующая многофункциональную слоевую систему, схематически;

Фиг.5 - устройство, содержащее изолируемый объем и барьер, препятствующий прониканию водорода, в форме слоевой системы, схематически.

Символы ссылок, используемые на Фиг.1-5, и их значения описаны в перечне символов для ссылок. Описанные варианты осуществления следует считать типовыми примерами и не ограничивающими изобретение.

Подробное описание изобретения

Ниже будет представлен барьер, препятствующий прониканию водорода, который содержит или, в частности является слоевой системой (отдельным слоем или слоевым стеком, по меньшей мере, из двух слоев), осажденной физическим осаждением паров (PVD), в частности способом катодного дугового испарения, на подложку, выполненную из стали. Слоевая система содержит слой Al-Cr-O, то есть слой, состоящий из химических элементов Al, Cr и O, который был осажден на стальную подложку с использованием адгезионного слоя (граница между двумя материалами), состоящего из двух пластов: один из металлического хрома (Cr) и один из металлического сплава алюминий/хром (Al/Cr). Выбор стали для материала подложки, тем не менее, не лимитирован, и многие другие материалы могут быть использованы для подложки, такие как металлы, сплавы, керамические и др