Specjalne technologie 

otrzymywania substancji 

amorficznych 

   

Metoda CVD

    

 reakcje w 

fazie   gazowej

Metoda zol – żel

           reakcje 

w fazie 

 ciekłej

 

 

Otrzymywanie substancji 

amorficznych poprzez reakcje z 

fazy gazowej (CVD)

   

Surowce wyjściowe w formie ciekłej 

dozowane do palnika plazmowego

Przejście w stan pary (SiCl

4

, TiCl

4

, GeCl

4

)

Reakcje w fazie gazowej (hydrolizy lub 

utlenienia):

SiCl

4

 + 2H

2

O

SiO

2 

+ 4HCl  

SiCl

4

 + O

2

     SiO

2

 + 2Cl

2

Osadzanie par produktów reakcji (SiO

2

) na 

zimnym podłożu (zeszklenie) – 

warstwy 

amorficzne, włókna światłowodowe.

 

 

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej 

(CVD)

 APCVD (Atmospheric Pressure CVD) - 

metoda realizowana przy ciśnieniu 

atmosferycznym,

 LPCVD (Low Pressure CVD) - metoda 

realizowana przy obniżonym ciśnieniu,

 PACVD  (Plasma - Assisted CVD) -  

metodę CVD  wspomaganą plazmowo,

 LCVD (Laser - induced CVD) - metodę 

CVD wspomaganą laserowo,

 MOCVD   (Metal-Organic   CVD)   -   z   

zastosowaniem   związków 

metaloorganicznych

,

 

 

Etapy  procesu CVD prowadzące do 

tworzenia się produktu

 transport gazowej mieszaniny reakcyjnej 

do przestrzeni reaktora.

 dyfuzja reagentów do podłoża z 

przepływającej ponad nim mieszaniny 
reakcyjnej.

 adsorpcja jednego lub więcej substratów 

na powierzchni podłoża.

 aktywacja  zaadsorbowanych  regentów  i   

ich  wzajemna  reakcja  prowadząca  do 
powstania stałego produktu.

 

 

 nukleacja (powstawanie 

najmniejszych kryształów) i wzrost 

warstwy zachodzący w rezultacie 

dyfuzji powierzchniowej stałego 

produktu powstałego w wyniku 

reakcji chemicznej na powierzchni 

podłoża.

 desorpcja gazowych produktów 

reakcji z powierzchni podłoża i ich 

dyfuzja do strumienia gazów 

przepływających nad podłożem

 

 

Jakie parametry wpływają na  proces 

CVD ??

rodzaj reagentów;

szybkość przepływu reagentów 

nad podłożem;

temperatura podłoża;

rodzaj i struktura podłoża;

ciśnienie i rodzaj gazów w 

reaktorze CVD;

geometria układu źródło-podłoże;

 

 

Otrzymywanie substancji 

amorficznych poprzez reakcje w 

fazie ciekłej (zol-żel)

  

Podstawowe reakcje chemiczne  

hydroliza (1)      

Si(OR)

4

 +H

2

O        (OR)

3

SiOH 

+ ROH

polikondensacja (2) 

(OR)

3

SiOH + HOSi(OR)

3

           (OR)

3

Si-O-Si(OR)

3

 

+ H

2

O (2)

O C

2

H

5

S i

C

2

H

5

O

O C

2

H

5

O C

2

H

5

+

O C

2

H

5

S i

C

2

H

5

O

O H

O C

2

H

5

H

2

O

+

C

2

H

5

O H

O C

2

H

5

S i

C

2

H

5

O

O H

O C

2

H

5

+

O C

2

H

5

S i

O H

O C

2

H

5

O C

2

H

5

S i

C

2

H

5

O

O C

2

H

5

O C

2

H

5

S i

O H

O C

2

H

5

O

+

H

2

O

O C

2

H

5

 

 

Hydroliza

  

+

O R

S i

R O

O R

O R

+ H

+

+

S i

O

R O

O R

O R

R

H

S i

O

R O

O R

O R

R

H

+

+ H

2

O

S i

O H + R O H

R O

O R

O R

H

+

w 

środowisku 

kwaśnym
pH < 7

 

 

Kondensacja

O C

2

H

5

S i

C

2

H

5

O

O H

O C

2

H

5

+

O C

2

H

5

S i

C

2

H

5

O

O H

O C

2

H

5

O C

2

H

5

S i

C

2

H

5

O

O C

2

H

5

O C

2

H

5

S i

O H

O C

2

H

5

O

+

C

2

H

5

O H

O

S i

O

O H

O C

2

H

5

+

O

S i

O H

O H

O

S i

O C

2

H

5

S i

O H

O

+

H

2

O

O

O

O

O

O

S i

O

O C

2

H

5

+

O

S i

O H

O H

O

S i

O C

2

H

5

S i

O H

O

+

O

O

O

O

O C

2

H

5

C

2

H

5

O H

O

S i

O

O

+

O

S i

O H

O

O

S i

O

S i

O

O

+

O

O

O

O

O H

H

2

O

 

 

Otrzymywanie substancji 

amorficznych poprzez reakcje w 

fazie ciekłej (zol-żel)

   

Podstawowe przemiany 
fizyczne:

roztwó

r

zol

żel

szkło

 

 

Otrzymywanie substancji 

amorficznych poprzez reakcje w 

fazie ciekłej (zol-żel)

   

Przemiany fizyczne:

żel

szkło

40 – 250

o

C usuwanie 

wody i rozpuszczalnika;

250 – 400

o

C utlenianie 

części organicznych;

 

400 – 1000

o

C usuwanie 

grup OH, zagęszczanie 
struktury;

 

 

Zastosowanie metody zol-żel

 

 

Zastosowanie metody zol-żel

otrzymywanie cienkich powłok o 
różnych własnościach;

otrzymywanie włókien 
nieorganicznych;

 

otrzymywanie materiałów amorficznych 
i krystalicznych gęstych i porowatych

Metoda stosowana wówczas gdy 

tradycyjna hutnicza metoda 

topienia zawodzi!!!!

 

 

• otrzymywanie materiałów amorficznych o 

składach, strukturze, mikrostrukturze i innych 
cechach, których uzyskanie metodą tradycyjnego 
topienia jest bardzo trudne, albo wręcz 
niemożliwe; 

• bazowanie na mieszaninach cieczy, w których 

jest możliwa homogenizacja na skalę 
molekularną; 

• otrzymywanie produktu końcowego o najwyższej 

czystości (materiały wyjściowe o bardzo wysokiej 
czystości chemicznej);

• obniżona temperatura otrzymywania różnych 

typów  materiałów; możliwość ominięcia likwacji 
czy krystalizacji podczas syntezy; 

Zalety metody zol-żel

 

 

Zalety metody zol-żel

• wytwarzanie nie tylko szkieł – także cienkich 

warstw na różnych podłożach, folii szklanych, 
materiałów włóknistych (niska temperatura 
formowania prostota metody):  

– możliwość wprowadzenia wielu pierwiastków w 

szkliste, krystaliczne lub szklanokrystaliczne 
struktury powłoki

– doskonała chemiczna adhezja do podłoża, 

szczególnie do szkła; 

– elastyczność odmian chemicznych kompozycji, z 

możliwością otrzymania materiałów o szczególnych 
własnościach jak zmienna optyka, różne 
elektromechaniczne i mechaniczne charakterystyki 

 

 

Wady metody 

• nietypowość materiałów wyjściowych, a co za 

tym idzie wysoka cena; 

• trudności technologiczne związane z 

otrzymaniem wolnych od spękań szkieł 
monolitycznych, pozbawionych grup OH , 

• wszystkie procesy zol-żel są nieodwracalne i 

niemożliwe do całkowitego zahamowania w 
czasie;