CC BY
6УДК 661.811
Степанова А.А.
аспирант кафедры «Техники и технологии» Технологический университет имени дважды Героя Советского Союза, летчика-космонавта А.А. Леонова (г. Королев, Россия)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ КАРБИДОВ ТИТАНА, ЦИРКОНИЯ, ТАНТАЛА
Аннотация: в данной статье исследуются технологические трудности, возникающие в процессе химического осаждения из газовой фазы (CVD) для получения карбидов титана, циркония и тантала. В нем рассматриваются конкретные проблемы, связанные с каждым элементом, и дается представление о сложностях осаждения карбида из газовой фазы.
Ключевые слова: химическое осаждение, карбид титана, карбид циркония, карбид тантала, технологические проблемы, газовая фаза, карбид.
Метод химического осаждения из газовой фазы (CVD) широко используется в производстве различных современных материалов, включая карбиды титана, циркония и тантала. Эти карбиды находят применение в режущих инструментах, износостойких покрытиях и высокотемпературных компонентах[1]. Однако процесс CVD для этих материалов сопряжен с определенными технологическими трудностями. В этой статье мы рассмотрим конкретные проблемы, возникающие при осаждении карбидов титана, циркония и тантала из газовой фазы.
Карбид титана (Т1С)
1. Летучесть прекурсоров: Одной из основных проблем, связанных с СУО-обработкой карбида титана, является летучесть прекурсоров титана. Обычно используется тетрахлорид титана (ТЮ4), но его высокое давление паров и реакционная способность затрудняют точное управление процессом осаждения. Трудно поддерживать тонкий баланс между достижением достаточного разложения предшественника и предотвращением чрезмерного роста частиц [2].
2. Контроль температуры: Решающее значение имеет достижение правильной температуры для нанесения ТЮ. Карбид титана обычно требует высоких температур, часто превышающих 1000 ° С. Постоянное поддержание этих экстремальных условий без ухудшения качества оборудования или снижения качества продукции, является серьезной технологической задачей.
3. Совместимость с подложками: Нанесение карбида титана может быть проблематичным при использовании определенных подложек. Условия высокотемпературного осаждения могут ограничить выбор материалов для подложки из-за возможных реакций или фазовых превращений, добавляя еще один уровень сложности процессу.
Карбид циркония (/гС)
1. Выбор прекурсора: как и в случае с титаном, производство карбида циркония сталкивается с трудностями при выборе прекурсора. Тетрахлорид циркония (7гС14) имеет аналогичные проблемы с летучестью и реакционной способностью, что затрудняет поддержание стабильного процесса осаждения.
2. Источник углерода: Обеспечение постоянного и надлежащего источника углерода имеет важное значение для осаждения /гС. Различия в подаче источника углерода могут привести к неравномерному росту покрытия, что приведет к неоптимальным свойствам конечного продукта.
3. Чувствительность к кислороду: Карбид циркония очень чувствителен к кислороду. Даже незначительные количества кислорода в среде осаждения могут
привести к нежелательному образованию оксида. Поддержание бескислородной среды на протяжении всего процесса является технологически сложной задачей.
Карбид тантала (ТаС)
1. Сложность исходных материалов: Нанесение карбида тантала представляет собой уникальную проблему из-за сложности исходных материалов. Пентаэтоксид тантала, например, является распространенным прекурсором, но требует осторожного обращения из-за его чувствительности к влаге и воздуху.
2. Термическое разложение: важно обеспечить правильные условия для термического разложения прекурсоров тантала. Этот процесс предполагает тонкий баланс между температурой и расходами исходного сырья, оптимизировать который может быть непросто.
3. Контроль примесей: Карбиды тантала должны соответствовать строгим требованиям к чистоте для многих применений. Контроль примесей в процессе СУО может быть затруднен и может потребовать применения сложных методов очистки [3].
В заключение следует отметить, что производство карбидов титана, циркония и тантала методом химического осаждения из газовой фазы является технически сложным процессом. Каждый из этих материалов сопряжен со своим набором проблем, от летучести прекурсора до контроля температуры и содержания примесей. Преодоление этих технологических препятствий имеет решающее значение для использования уникальных свойств этих карбидов в различных промышленных применениях. Исследователи и инженеры продолжают изучать инновационные решения для решения этих проблем, способствуя прогрессу в материаловедении и технологии СУО.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Алексеева Т. И., Галевский Г. В., Руднева В.В., Галевский С.Г. Технологические решения в производстве карбида циркония: анализ, оценка состояния и перспектив / Т. И. Алексеева, Г. В. Галевский, В.В. Руднева, С.Г. Галевский // Глобальная энергия. - Т. 23. - №. 1. - 2017. - С. 256-270.
2. Программа и тезисы докладов «Четвертого семинара по проблемам химического осаждения из газовой фазы» / Ответственный за выпуск к.х.н. М.Л. Косинова // Новосибирск: ИНХ СО РАН. - 2017. - С. 96.
3. Ширяева Л. С., Гарбузова А.К., Галевский Г. В. Производство и применение карбида титана (оценка, тенденции, прогнозы) / Л. С. Ширяева, А.К. Гарбузова, Г. В. Галевский // Глобальная энергия. - №. 2 (195). - 2014. - С. 100108.
Stepanova A.A.
Technological University named after twice Hero of the Soviet Union, Cosmonaut A.A. Leonov (Korolev, Russia)
TECHNOLOGICAL PROBLEMS OF CHEMICAL
DEPOSITION OF TITANIUM, ZIRCONIUM, TANTALUM CARBIDES FROM THE GAS PHASE
Abstract: this article examines the technological difficulties arising in the process of chemical deposition from the gas phase (CVD) for the production of titanium, zirconium and tantalum carbides. It discusses the specific problems associated with each element and gives an idea of the complexities of carbide deposition from the gas phase.
Keywords: chemical deposition, titanium carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, technological problems, gas phase, carbide.
