размеров, геометрии и природы напыляемой детали применяют наиболее подходящий в каждом конкретном случае метод нанесения покрытия.

Все методы нанесения покрытий можно разделить на три большие группы:

1) физические - вакуумное напыление, ионная гальванизация, катодное распыление, плазменное напыление и др.;

2) химические — осаждение из газовой фазы, плакирующие покрытия и др.;

3) физико-химические — электролиз расплава, реактивное распыление и др.

Более полная классификация методов нанесения покрытий из TiC представлена на рис. 65 [177].

Практически по любому из перечисленных методов в .промышленном масштабе получают покрытия из карбида титана, а в Западной Европе, Японии и США наибольшее распространение получил метод химического осаждения из газовой фазы — Chemical Vapour Deposition (CVD).

Покрытия, наносимые химическим осаждением из газовой фазы [178-186]

В настоящее время в Западной Европе, США и Японии более половины инструментальной оснастки подвергают обработке методом CVD с целью получения тугоплавких покрытий.

Основные преимущества данного метода: универсальность, позволяющая получить покрытия на поверхности изделия сложной конфигурации и заданных размеров; минимальное загрязнение покрываемой поверхности; хорошее сцепление с основой; высокая плотность и однородность наносимых покрытий; возможность использования оборудования массового производства; получение многослойных покрытий; легко осуществляемый контроль химического состава покрытия.

Правильная организация технологических процессов осаждения карбида титана из газовой фазы требует ясности в понимании термодинамики и кинетики этих процессов.

Как известно, равновесное состояние системы определяется ее составом, температурой и давлением. При одном и том же общем составе системы (исходном или равновесном) нет смысла перебирать различные газообразные неорганические и органические соединения титана — конечный результат будет одинаков. Однако состав системы не может быть выбран каким угодно из-за ограниченности летучих соединений титана, пригодных для использования осаждения карбида титана из газовой фазы.

В подавляющем большинстве исследований и осуществленных в про-134

мышленности технологических процессах при осаждении карбида титана в качестве исходных веществ используются хлориды титана (реже — другие галогениды титана), углеводороды и водород. Наиболее удобным носителем титана в газовой фазе является тетрахлорид титана TiCU. В обычных условиях это легко гидролизирующая бесцветная жидкость с точкой замерзания —23 °С и точкой кипения 136 °С. Тетрахлорид титана относительно дешев и доступен, так как является основным исходным соединением для производства металлического титана.

В упрощенном виде реакция осаждения карбида титана из смеси TiCU. СН4 и Н2 может быть записана в виде TiCU + СН4 + Н2 -> TiC + НС1.

При разумных, наиболее часто используемых на практике соотношениях TiCU : СН4 : Н2 и давлениях, близких к атмосферному, равновесие реакции практически полностью сдвигается вправо при температурах выше 900-1200 °С.

Для точного расчета равновесия реакции необходимо учитывать все возможные продукты взаимодействия в системе С—Н—Cl-Ti. Так как абсолютно все продукты взаимодействия (в том числе радикалы, полимерные молекулы в газовой фазе и т.д.) учесть невозможно, то обычно в расчетах учитывают наиболее устойчивые вещества. Так, в работе [178] были учтены газообразные вещества Н2, СН4, СН3, СН2, СН, С2Н4) С2Н2, С2Н, С2, С3, НС1, С12, СН3С1, TiCl, TiCl2, TiCb,, TiCU, ТШ2, TiC, Ti, С, CI, H и конденсированные TiCU, TiC, TiC3, TiCl2, TiH2, Ti, С, а в работе [179] газообразные вещества Н, Н2, CI, С12, НС1, С, С2, С3,СН, СН2, СН3, СИ,, СС1, СС12, СС13, CCU, CH3CI, СН2С!2, СНС13, С2 Н, С2 Н2, С2 Н4, С2 Hg, С2 CU, С2 Н3 С1, С2 Н2 С12, С2 HCI3, Ti, Ti2, TiCl, TiCl2, TiCb, TiCU и конденсированные Ti, TiCl2, TiCl3, TiCU, TiC, TiH2,C.

Расчет производится следующим образом. Состав системы задается соотношением С : Н: CI: Ti (причем никакого значения не имеет, какими исходными веществами достигнуто зто соотношение), в программу ЭВМ вводят термодинамические данные всех веществ, общее давление и температуру и в результате расчета получают равновесное распределение веществ. Графически результаты расчета обычно представляют в координатах: распределение равновесных веществ — температура (р = const, состав = const); распределение равновесных веществ — давление (Т = const, состав = const); распределение равновесных веществ - состав (р = const, Т= const).

В качестве примера расчета на рис. 66 приведен равновесный состав системы с соотношением элементов С : Н: CI: Ti = 1:20:4: 1 при температурах 1000-4000 К и давлении 0,1 МПа. Более подробный анализ рассчитанного таким образом равновесия можно найти в работе [178].

Основная цель такого анализа — определение условий, при которых большая часть титана находится в конденсированном состоянии в виде

Copyright © 2008-2012 TitanDioxide.Ru

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Диоксид титана TiO2