Способ получения тонкопленочного покрытия

Способ получения тонкопленочного покрытия

Реферат

Изобретение относится к тонкопленочным стеклокерамическим покрытиям, широко применяемым в материаловедении и медицинском материаловедении, в частности.

Известно многослойное защитное покрытие, содержащее металлический слой-основу, адгезионный слой и защитный слой (Патент РФ 2285749, опубл. 20.10.2006, C23C 28/00). Защитный слой выполнен из двух внутреннего и наружного подслоев, каждый из которых имеет композиционную структуру и содержит керамическую матрицу и наполнитель, при этом матрица внутреннего подслоя выполнена в виде жесткого каркаса, в порах которого расположен наполнитель, а матрица наружного подслоя - в виде твердых частиц, не имеющих жесткого сцепления друг с другом, расположенных в слое наполнителя.

Недостатками известного способа является сложность получения покрытий на различных подложках, вследствие использования матрицы в виде жесткого каркаса и наполнителя, что не всегда возможно осуществить на неровных поверхностях, в т.ч. на различных деталях, формах.

Известен способ получения мезопористых смешанных оксидов ZrO ₂-SiO₂ (статья В.Н. Витер. «Золь-гель синтез мезопористых смешанных оксидов ZrO₂-SiO₂ » //Журнал прикладная химия, - 2010. Т.83. Вып.2. С.198-202) золь-гель методом с использованием оксохлорида циркония ZrOCl ₂·8H₂O и тетраэтилортосиликата Si(OEt) ₄ в водно-этанольной среде в присутствии азотной кислоты. Расчетное количество ZrOCl₂·8H₂O растворяли в воде, добавляли этиловый спирт, Si(OEt)₄ и HNO ₃. Смесь нагревали на водяной бане при 60°C в течение 1-3 ч, полученные гели высушивали и отжигали до получения оксидов. Недостатком известного способа является получение мезопористых оксидных систем только в виде порошков ксерогелей, что ограничивает область их практического использования.

Известен способ получения многослойного покрытия (Патент РФ 2497680, опубл. 10.11.2013 г., B32B18/00), выбранный в качестве прототипа. Способ получения многослойного покрытия на основе SiO2-ZrO2-P2O5-CaO включает приготовление пленкообразующего раствора (ПОР) с дальнейшим последовательным нанесением на кремневую подложку первого слоя ПОР, затем второго слоя ПОР, затем повторно первого ПОР. После нанесения каждого слоя проводят ступенчатую термообработку при температуре 60°C в течение 30 мин и затем стабилизационный отжиг при температуре 700°C в течение 1 часа. Состав первого ПОР содержит оксохлорид циркония, 96 масс.% этиловый спирт. Состав второго ПОР содержит тетраэтоксисилан, хлорид кальция, ортофосфорную кислоту, 96 масс.% этиловый спирт.

Недостатком известного способа являются ограниченные возможности пленкообразующих растворов по их вязкости при их совместном использовании для получения качественных пленок.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения тонкопленочного покрытия на основе SiO2-TiO2-P2O 5-CaO, позволяющий получать, стабильные по времени покрытия, с высокими значениями показателя преломления и толщиной менее 100 нм.

Поставленная задача решается тем, что способ получения тонкопленочного покрытия на основе SiO2-TiO2-P2O5-CaO включает приготовление пленкообразующего раствора с дальнейшим нанесением этого раствора на поверхность кремниевой подложки и ступенчатую термообработку, но в отличие от прототипа предварительно готовят два пленкообразующих раствора, сливают их вместе с дальнейшем нанесением на подложку при ступенчатой термообработке при температуре 80°C в течение 20 мин с последующим стабилизационным отжигом при температуре 600°C в течение 1 ч.

Компоненты для первого ПОР используют при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Тетрабутоксититан -0,4-1,0

Бутиловый спирт- остальное

Компоненты для второго ПОР используют при следующем соотношении компонентов, масс %

Тетраэтоксисилан - 4,6

Хлорид кальция -2,8-3,4

Ортофосфорная кислота -0,5

Этиловый спирт - остальное

Примеры конкретного осуществления изобретения приведены ниже.

Пример 1.

Для приготовления 20 мл первого пленкообразующего раствора необходимо взять 0,4 мл тетрабутоксититана с плотностью 0,99 г/см3 и растворить его в 20 мл 99,8 масс.% бутилового спирта. Для приготовления 100 мл второго пленкообразующего раствора необходимо взять 2,8 г хлорида кальция и растворить его в 90 мл 96 масс.% этилового спирта, добавить 4,6 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см³, затем добавить 0,3 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см ³ и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания растворов в течение 24 часов их сливают в один раствор и наносят на кремневую подложку методом центрифугирования, подвергают термообработке при температурах 80°C в течение 20 мин, и при температурах 600°С в течение 1 часа, при этом получается покрытие состава SiO₂-TiO₂-P₂O₅-CaO толщиной 58 нм и показателем преломления 1,54.

Пример 2.

Для приготовления 20 мл первого пленкообразующего раствора необходимо взять 0,7 мл тетрабутоксититана с плотностью 0,99 г/см3 и растворить его в 20 мл 99,8 масс.% бутилового спирта. Для приготовления 100 мл второго пленкообразующего раствора необходимо взять 3,0 г хлорида кальция и растворить его в 90 мл 96 масс.% этилового спирта, добавить 4,6 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см3, затем добавить 0,3 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см 3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания растворов в течение 24 часов их сливают в один раствор и наносят на кремневую подложку методом центрифугирования, подвергают термообработке при температурах 80°C в течение 20 мин и при температурах 600°С в течение 1 часа, при этом получается покрытие состава SiO2-TiO2-P2O5-CaO толщиной 54 нм и показателем преломления 1,57.

Пример 3.

Для приготовления 20 мл первого пленкообразующего раствора необходимо взять 1 мл тетрабутоксититана с плотностью 0,99 г/см3 и растворить его в 20 мл 99,8 масс.% бутилового спирта. Для приготовления 100 мл второго пленкообразующего раствора необходимо взять 3,4 г хлорида кальция и растворить его в 90 мл 96 масс.% этилового спирта, добавить 4,6 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см3, затем добавить 0,3 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см 3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания растворов в течение 24 часов их сливают в один раствор и наносят на кремневую подложку методом центрифугирования, подвергают термообработке при температурах 80°C в течение 20 мин и при температурах 600°С в течение 1 часа, при этом получается покрытие состава SiO2-TiO2-P2O5-CaO толщиной 71 нм и показателем преломления 1,59.

1. Способ получения тонкопленочного покрытия на основе SiO₂-TiO₂-P₅O₅-CaO, включающий приготовление пленкообразующего раствора с дальнейшим нанесением этого раствора на поверхность кремниевой подложки и ступенчатую термообработку, отличающийся тем, что предварительно готовят два пленкообразующих раствора, сливают их вместе с дальнейшим нанесением на подложку при ступенчатой термообработке при температуре 80°C в течение 20 мин с последующим стабилизационным отжигом при температуре 600°C в течение 1 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что компоненты для первого пленкообразующего раствора используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Тетрабутоксититан	0,4-1,0
Бутиловый спирт	остальное

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что компоненты для второго пленкообразующего раствора используют при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Тетраэтоксисилан	4,6
Хлорид кальция	2,8-3,4
Ортофосфорная кислота	0,3
Этиловый спирт	остальное