Способ нанесения покрытий изниобия ha нагретую подложку

Способ нанесения покрытий изниобия ha нагретую подложку

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

В. П. Янчур, В. П. Смирнов, В. А. Шулов и И. И. Гаврилов

I (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ НИОБИЯ НА НАГРЕТУЮ

ПОДЛОЖКУ

Изобретение относится к машиностроению для получения ориентированных ниобиевых покрытий и осадков и может быть использовано в технике электровакуумного приборостро-. ения и термоэмиссионных преобразователей.

Известен способ получения покрытий из ни5 обия с текстурами с плотной упаковкой атомов, обладающих заданными эмиссионными свойствами путем водородного восстановления галогенидов ниобия на нагреваемой подложке (1) . !

О

Текстура (110) ниобиевых покрытий, получаемых по этому способу при температуре на подложке 800 С, имеет неудовлетворительную термическую устойчивость и исчезает практически полностью в процессе вакуумных отжи15 гов покрытий при 1400 — 1700 С, Кроме того, покрытия содержат значительные количества газовых примесей (О, Н, N) и углерода, что заметно снижает их пластичность.

Известен также способ получения покрытий из ниобия путем термического разложения пентахлорида ниобия на разогретой нити в вакуумированной колбе (2).

Согласно этому способу в зону осаждения (на нить, разогреваемую пропусканием тока до 1800 С) с помощью химических транспортных реакций переносят ниобий иэ зоны разъедания, используя в качестве транспортирующего реагента пентахлорид ниобия. Сырье (порошок, стружка или кусочки металлического ниобия) в зоне разъедания нагревают до

400 — 500 С, а исходное давление хлорида в колбе задают разогревом пентахлорида ниобия в испарителе, имеющем автономный нагреватель.

Недостатки такого способа — невозможность получения ниобиевых покрытий с преимущественной текстурой (110) (из-за неконтролируемого изменения давления хлоридов в запаянной колбе), заметное содержание: металлиг ческих и газовых примесей в получаемых материалах, неудовлетворительйая воспроизводимость процессов осаждения, что приводит к плохой термйческой устойчивости получаемых покрытий. .Пель изобретения — повышение термичес817092

При температурах подложки 1650 С, сырья

900 С и стенок реактора 700 — 800 С проводят„ вакуумный отжиг в течение 60 мин, а затем снижают температуру подложки до 1450 С, сырья до 800 С. Включают разогрев испарителя и достижения 170 С, что соответствует давлению гексахлорида вольфрама 3 торр, закрывают клапан. Момент закрытия клапана

45,приют за m o процесса осде покрытия. Для поддержания заданного давления газовой фазы в реакционном объеме в процессе осаждения периодически открывают клапан.

55 кой устойчивости и чистоты покрытий и осад- ков из ниобия с текстурой (110).

Поставленная цель достигается тем, что при получении покрытий и осадков из ииобия в качестве транспортирующего реагента- посредника используют хлориды вольфрама, а именно гексахлорид вольфрама, а термическое разложение хлоридов ниобия проводят при температуре на подломске 1350-1550 С и давлении хлорида вольфрама 2 — 5 торр.

Кроме того, для получения монокристаллических покрытий и осадков из ниобия термическое разложение проводят на монокристаллической подложке из металла с ОЦК вЂ” решет; кой для получения поликристаллических покрытий на поликристаллической подложке.

Использование в предлагаемом способе хлорида вольфрама вместо пентахлорида ниобия в известном способе в качестве транспортирующего реагента позволяет снизить температуру на подложке на 250-450 С и получать покрытие с преимущественной текстурой (110) . Присутствие небольших количеств хлорида вольфрама в зоне осаждения оказывает катализирующее действие на процесс термического разложения хлоридов ниобия, так как в известном способе при температурах подложки

1350 — 1550 С наблюдается разъедание осаждаемого слоя ниобия.

Выбранный интервал температур подложки (1350 — 1550 С) позволяет также снизить уровень газовых примесей в получаемых материалах, так как понижение температуры приводит к уменьшению растворимости кислорода и азота в ниобии.

При дальнейшем снижении температуры под ложки ниже 1350 С заметно увеличивается содержание вольфрама в покрытии, что отрицательно сказывается на пластических свойствах покрытия. о

При температурах подложки выше 1550 С получаемые покрытия содержат повышенный уровень газовых примесей и имеют крупный размер зерна, Выбранный интервал давлений гексахлорида вольфрама (2 — 5 торр) обеспечивает достаточно высокую скорость осаждения (3—

6 мкм/мин) и гарантирует получение ниобиевых покрьпий и осадков с преимущественной текстурой (110).

При снижении давления хлорида получают покрытия со смешанной текстурой (100) и (111), а при повышении давления заметно уменьшается скорость осаждения покрытия.

По предлагаемому способу на подложках иэ поликристаллического молибдена и вольфрама получены покрытия с толщиной слоя

200-250 мкм и осадки ниобия с толщиной стенки около 2 мм.

15 го

4

При использовании монокристаллических

J подложек из металлов с ОЦК-решеткой по предлагаемому способу получены совершенные монокристаллические покрьпия и осадки нио6НН.

При выбранных режимах осаждения получаемые материалы содержат небольшие коли- чества вольфрама (0,1 — 0,25 масс.%), которые незначительно ухудшают пластичность ниобиевык покрытий и осадков.

Способ осуществляют следующим образом.

При осуществлении предлагаемого способа используют разборный кварцевый реактор.

Подложкой служит труба из поликристаллического молибдена с наружным диаметром

20 мм. Один из торцов подложки заглушают пробкой, чтобы отделить ее внутреннюю полость от наружной поверхности, обращенной в реакционный объем. При сборке во внутреннюю полость подложки помещают прутковьй нагреватель из вольфрама. В качестве исходного сырья используют трубу иэ ииобия электронно-лучевой плавки с внутренним диаметром около 40 мл.

Размещают сырье в нижней части реактора, герметиэируют подложку в верхней части реактора, размещают нагреватели во внутренней полости трубчатой подложки и проводят засыпку гексахлорида вольфрама в прогреваемьй испаритель.

Собранньй реактор с открытым клапаном помещают под колпак вакуумной установки и вакуумируют до разряжения 1 ° 10 торр.

Включают разогрев подложки. Температуру подложки и сырья измеряют с помощью оптическ ого пирометра.

В полученном ниобиевом покрьпии суммарное содержание кислорода, азота и водорода не превышает 0,04 масс.%. Рентгеноструктурный анализ покрьпия (метод обратной съемки) свидетельствует, что вес текстуры (110) со- . ставляет 92 o. При отрите покрытия (вакуум

1-10 б, 1500 С, 820 ч) преимущественная текстура (110) сохраняется, что подтверждает ее высокую термическую устойчивость.

817092 6

1550 С и давлении хлорида вольфрама 25 торр.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ н йс я тем, что в качестве хлоридов вольфрама

S используют гексахлорид вольфрама.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иванов В. Е. и лр. Электронная техника.

Сер. "Материалы", вып. 6, 1968, с. 19.

2. Сборник "Методы получения чистых металлов". М., ИЛ, 1957, с. 80.

Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытий из ниобия на нагретую подложку путем термического разложения хлоридов ниобия с использованием транспортирующего реагента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения термической устойчивости и чистоты покрытий иэ ниобия с текстурой (110), в качестве транспортирующего реагента используют хлориды вольфрама, а термическое разложение хлорида вольфрама проводят при температуре подложки 1350—. 4

Составитель Л. Бурлииова

Техред М. Лоя Корректор М. Вигула

Редактор А. Мотыль

Заказ 1237/34

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 1048 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5