Rotation of�F20071123000

4.15. Procesy nanoszenia powłok z fazy gazowej

^#Mtt l Charakterystyka procesów

nanoszenia powłok z fazy gazowej

. IIAMAI- M-MY1TYKA PROCESÓW ISiAIMOSZEINIlA POWŁOK Z FAZY GAZOWEJ

Postęp w zakresie wytwarzania i zwiększania trwałości eksploatacyjnej clemon tów konstrukcyjnych i narzędzi, znajdujących zastosowanie w różnych dziedzinach życia, dokonuje się w głównej mierze dzięki coraz powszechniejszemu wykorzysla niu technik nanoszenia cienkich powłok, często z twardych, odpornych na zużycie materiałów ceramicznych. Szeroki wybór dostępnych obecnie rodzajów powłok oraz technologii ich nanoszenia jest elektem wzrastającego w ostatnich latach zapotrzebowania na nowoczesne metody modyfikacji i ochrony powierzchni mato riałów. Wśród wielu technik zwiększających trwałość powierzchni materiałów inżynierskich istotną rolę w praktyce przemysłowej odgrywają metody:

; chemicznego osadzania z fazy gazowej CVD (Chemical mpour deposition),

« fizycznego osadzania z fazy gazowej PVD (physical mpour deposition).

Duże znaczenie mogą mieć również metody hybrydowe, wykorzystujące charakterystyczne cechy poszczególnych metod CVD i PVD.

W tablicy 4.22 porównano metody CVD na przykładzie nanoszenia powłok azotku tytanu.

lubłkn UJ

hulsitil metod CVD i ich ogólna charakterystyka na przykładzie wytwarzania powłok azotku tytanu

MHimIii

Al‘( VI)

lK:,vi>

SpOSÓł) nagrzewania przedmiotów

i ‘Ju i «.v:    '.i \<i\

grzanie oporowe komory roboczej

Temperatura

procesu, K    ,

roboczej

Oś,nonie

,    Atmosfery

w komorze

roboczej    ^C“"^We

Ti(C,N), TiN

1170+1220 atmosferyczne TiCI₄+H₂+N₂

Hi /unie oporowe lub tzw pośrednie / wykorzystaniem zjawiska wyładowania jarzeniowego

10+500 hPa.

TiCVH^N,

l*A( 'VI)

grzanie w warunkach wyładowania jarzeniowego (jarzeniowe lub jarzeniowe z tzw. gorącą anodą)

770+820

TiN, warstwa

3+13 hPa TiCl₄+H₂' N₂    kompozytowa

azotowana + TiN

grzanie jarzeniowe lub jarzeniowe /. tzw. gorącą anodą

720+790

3+10 hPa

warstwy typu Ti(0.< ,N)

Ti(OC) H;).₍+H.+N. lub kompozytowe ’ ' '    - azotowane «•

Ti(O.C.N)

Metoda CVD polega na tworzeniu wmalw węglików i u/ntków nul uli, np i hm mu, wanadu, tytanu, tantalu lub cyrkonu, ze składników utiihinIoi v mu/owmI, na powierzchni obrabianego przedmiotu.

W procesie tworzenia warstwy błoni udział składniki podłoża Wytwarzanie warstw metodą CVD następuje w szczelnym reaktorze w wyniku niejednorodnych katalizowanych chemicznie i fizycznie reakcji na powici zchnl siali w temperaturze ok. 1000°C i przy ciśnieniu MO³-: 1.35-10® Pu.

Proces prowadzony jest w atmosferach gazowych zawiei ującyeh zwykle pary związków chemicznych metalu stanowiącego podstawowy składnik wytworzonej warstwy (węglikowej, azotkowej, berkowej, tlenkowej) w leinperutiirzc 900-M100°C. Najczęściej atmosfery złożone są z lotnego halogenku pIcrwlUNtka dyfundującego oraz węglowodoru, azotu, wodoru lub gazu obojętnego, np argonu W wyniku reakcji chemicznej zachodzącej na powierzchni metalu wydzielają się atomy (np. boru, chromu, tytanu, tantalu lub aluminium), ze związku (np, IH I CrCl₂, TiCl₄, TaCl₄, AI₂C1₃). Drugi składnik warstwy pochodzi z podłoża (np, węgiel w przypadku warstw węglikowych) lub z. atmosfery (np. azot czy Ilon w przypadku warstw azotkowych lub tlenkowych).

Przykładowo, wytwarzanie złożonych warstw, zawierających węgliki 1 azotki tytanu, polega na wygrzewaniu przedmiotu obrabianego w temperaturze 1000-:-U00°C w obecności czterochlorku tytanu l'i< Imetanu <11,, wodoru II, i azotu N., według reakcji:

TiCl₄ +CH„ +H₂ .^l?«S-»TiC + 4Ha + II,,    (4.33)

2TiCl₄ + N₂ +5H₂    2TiN + 8HCI • II.    (4.34)

Wysoka temperatura konieczna do przebiegu reakcji chemicznych znacznie ogranicza zakres stosowania metody CVI) szczególnie w przypadku elementów narażonych na obciążenia dynamiczne podczas eksploatacji lub narzędzi wyko nanych ze stali szybkotnących. Ogranicza to zakres stosowania technik ( VI) głównie do nanoszenia warstw na płytki z węglików spiekanych lub spiekanych materiałów ceramicznych, dla których wysoka temperatura procesu nie powoduje utraty ich własności. Dodatkowo istotnym ograniczeniem w wykorzystaniu te| metody do wytwarzania powłok jest konieczność utylizacji agresywnych dla środowiska naturalnego odpadów poprocesowycłi.

W procesach CVD skiadniki atmosfery mogą być aktywowane: a cieplnie, n plazmą.

Procesy CVD nanoszenia powłok aktywowane cieplnie mogą być realizowane jako:

» chemiczne osadzanie z fazy gazowej pod ciśnieniem atmosferycznym AP( VI) (atmospheric pressure CYD),

» chemiczne osadzanie z fazy gazowej pod obniżonym ciśnieniem l,P( VI) (/me pressure CYD).

361