CS251011B1 - Způsob vytváření tenkého povlaku na povrchu tělesa plazaaticky aktivovanou chealekou reakci a plynné fáze a zařízeni k prováděni tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

fteáeni es týká oboru techniky plazmatu a jejího využiti v technologii vytvářeni tenkých povlaků na povrchu a v dutinách tělesa za údole· zvýěeni odolnosti povrchu proti otěru, korozi nebo pro vytvořeni dielektrického povlaku, připadne povleku pro sníženi třeni nebo naopak, ochranného povlaku apod. Podstatou Je předavši· způaob vytvářeni tenkého povlaku na povrchu tělesa, podle něhož aa do odčerpávané reakdni nádoby uniati povlekované těleso upevněné v držáku e nastavitelnou teplotou a do reakdni nádoby aa zavádějí aktivovaný a neaktivovaný reakdni plyn. Výsledný tok produktu plazaatioky aktivované chealeké reakce z plynné fáze aa sBěřuJe na povlakovou diet povrchu tělesa za trvalého čerpáni reakeniho prostoru. Dálo Je podstatou vynálezu zařízeni pro prováděni způsobu podle vynálezu, vytvořené z reakdni nádoby, v niž Jo unistěno povlakovaci těleso upevněné v držáku a nastavitelnou teplotou, která je opatřena čerpací· výstupe·. Napouětěol aystéa raakdnicb plynů pro vytvořeni plazaatic5 aktivované chemické reakce je unletě· ed části povrchu tělesa určenou k vytvořeni povlaku. Čerpací výstup ja naletěn ve aaěru toku produktu plazaatioky aktivované eheBleké reakce za povlakový· tělo···. Způaob je využitelný ve strojírenství, v metalurgii, v elektronice, v mikroelektronice, v autoaobilovéu a letecká· průayeln.

Description

Vynález se týká způsobu vytvářeni tenkého povlaku na povrchu tělesa plazmaticky aktivovanou chemickou reakci z plynné fáze a zařizeni k prováděni tohoto způsobu·

V současné době nalézaji různé způsoby povlakováni povrchů velké možnosti aplikaci· Například u součásti strojů namáhaných na otěr nebo opotřebovávaných abra2Ívně lze vyrobit základní těleso součásti z méně odolných materiálů a požadovanou odolnost a trvanlivost povrchu lze dosáhnout vhodným povlakem vytvořeným na namáhaném povrchu. Ve mnoha případech jde o součásti, jejichž namáhaný povrch má velmi složitý tvar, nebo jde ό různé funkční dutiny případně prolákliny, jejichž povrch je silně namáhán a rychle se opotřebovává, což vede k přerušeni funkce součásti. Ochranné vrstvy na povrchu stěn těles a zejména dutin malých rozměrů nebo složitého tvaru nelze jednoduše vytvořit běžnými tenkovrstvovými technologiemi, zejména při nízkých teplotách pod cca 200 až 300 °C.

Jeden ze známých způsobů xvýšeni trvanlivosti součásti stro jů, zejména součásti z hliníkových slitin pro textilní stroje, oehrannou vrstvou na jejich povrchu, vytvořenou z otěruvzdorných a mechanicky odolných látek, je předmětem vynálezu podle autorského osvědčeni č. 233 35. Podle tohoto vynálezu se tyto otěruvzdorné a méchanícky odolné látky vytvářejí v reaktoru z plynné praeovni směsi působením izotropního nebo magnetoaktivního plazmatického výboje na plynnou směs za sníženého tlaku a při teplotách nižšic^než je teplota táni materiálu součásti, přičemž se podle potřeby řídi poloha a teplota součásti umístěných v reaktoru a aktivovaná i neutrální složka plynné pracovní směsi sepodle potřeby směruje vzhledem k součástem. -

251 011

Plynné pracovní smis se v prvni alternativě v reaktoru vytvoří z Inertního a/nebo reaktivního plynu a z čistíc alespoň jednoho pevného terče jeho rozprašováním magnetronovým systémem. - Ve druhé alternativě se plynné pracovní směs vytvoří promícháním alespoň jednoho neutrálního plynu s alespoň jedním plynem aktivovaným Izotropním nebo magnetoaktlvnlm plazmatlckým výbojem.

Podle amerického patentu USP 4 013 532 je chráněn způsob a zařízeni pro povlakovánl substrátu vrstvou polymerovaného materiálu při současné polymeraci výbojem a rozprašováním, v komoře/ již lze evakuovat, je umístěn substrát a dvě elektrody.

Do komory se vhání příslušný plyn, který může vytvořit polymer, a vytvoří se v plynu výboj. Molekuly plynu a reakční zplodiny vzniklá ve výboji se ukládají na elektrody a na substrát. Materiál uložený alespoň na jedné z obou elektrod je naprašován na substrát vlivem elektrického pole, s výhodou stejnosměrného, mezi elektrodami. Výboj je s výhodou omezen na oblast blízkou elektrodě, jež se rozprašuje. Toto vymezeni může být doplněno použitím rozprašované elektrody plenárního magnetronu. Tento způsob a zařízeni umožňuji rychlé povlakovánl vysoce kvalitním polymerem při nízkých tlacích plynu.

Podle amerického patentu USP 4 026 787 je chráněn způsob a zařízeni pro povlakovánl tenkou vrstvou, filmem, substrátu v tlakové nádobě s využitím plazmatického rozprašováni. Substráty jsou uspořádány vně válcového rotujícího bubnu, přičemž během rotace je konvexní povrch bubnu vystaven plazmatu, ve kterém se rozprašuji terčové segmenty_o Soubor více na povrchu umístěných obloukových terčových segmentů tvoři v podstatě válec a je uspořádán souose a teleskopicky vzhledem k bubnu. Terčové segmenty jsou katodou vysokonapěiového elektrického obvodu a buben jeho anodou.

Plocha terčové jednotky je větší než plocha vystavených substrátů, což umožňuje pří radiálním šířeni plynného plazmatu vysokou rovnoměrnost povlaku.

Podle amerického patentu USP 4 013 539 je chráněn způsob a zařízeni pro depozici tenkého filmu na substrát, který - například ohebný plastický film - je transportován po stočené dráze v tlakové nádobě, v niž je podroben depozičnim účinkům, které

- 3 251 011 například jsou vytvořeny naprašovánim ve vysokofrekvenčně generované· plazmatu. Šroubovícová dráha je upravena tak, že substrát je vystaven depozičnim účinků· vicekráte, při rychlostech depozice, které jsou nnohe· vyšši než dosud známé. Účinné chlazeni je dosaženo magnetickým rozmiténim elektronů od substrátu.

Podle amerického patentu USP 4 046 659 je chráněn způsob a zařízeni pró povlakováni substrátu, při něnž se vytváří izolační vrstva na jedné části vodivého terče a druhá část terče se udržuje bez izolační vrstvy iontový· bombardováni·. Vodivý terč je na střídavé· elektrické· potenciálu dostatečně vysokého kmitočtu, aby se vyloučilo tvořeni oblouků, avšak ne tak vysokého, aby bylo nutno užit iapendančně přizpůsobovací techniky, kmitočet je tedy v rozsahu od 400 Hz do 60 000 Hz. Zařízeni sestává z evakuované komory, v níž je anoda, terč z vodivého materiálu a substrát; v komoře je předepsaný parciální tlak reakčniho plynu, který tvoři izolační složku pro reakci s terče·. Dále obsahuje katodu magnetronového zařízeni, které vytváří erozní oblast pouze na části terče a zdroj elektrického střídavého napětí o kmitočtu 400 Hz až 60 000 Hz, který je spojen s anodou a terčem pro rozprašováni materiálu z terče. Terč je plenární a zařízeni je taktéž magnetronové planárni katodové zařízeni.

Podle amerického patentu USP 4 116 791 je chráněn způsob a zařízeni pro vytvořeni povlaku iontovým plátováním s použitím magnetronového katodového terče jako zdroje povlakového materiálu. Substrát k povlakováni technikou iontového plátováni se umísti v blízkosti nebo na prvni katodě proti druhé katodě v prostoru obsahujícím vzácný plyn, přičemž druhá katoda tvoři terč z povlakovaného materiálu. Je použito relativně vysokého záporného předpěti vůči katodě, vzhledem k uzemněné komoře, které generuje obloukový výboj pro iontové čištěni substrátu. Rozprašováni je zesíleno toroidálnim magnetem na odvrácené straně druhé katody od prvni katody, jejíž siločáry pronikají terčem a uzavírají se v mezí katodovém prostoru a tvoři nekonečnou dráhu cirkulujících elektronů. Během čištěni je substrát chráněn proti předčasnému ukládáni částic současným umístěním přepážky, clony, mezi substrát a terč nebo přemístěním substrátu dále od aktivní části druhé katody. Elektrickým vybuzením druhá katody se vytvoří povlak z materiálu terče na vyčištěném substrátu.

251 OH

Podle amerického patentu USP 4 066 037 je chráněno zařízeni pro deponováni dlelektrlckých filmů a použitím doutnavého výboje Zařízeni vytváří hustý a těsni přiléhavý dlelektrlcký film na povrchu vodičů/ polovodičů a Izolátorů· Zařízeni je sestaveno z reakční komory/ do niž se napouští dispergovaný plyn a vybudí se vysokofrekvenčním polem/ aby vznikla vysoce zářivá zóna doutnavého výboje mezi stěnami komory. Separátně se napustí jiný plyn, který je dispergován po proudu ze zdny doutnavého výboje Ihned po vytvořeni povlaku na substrátu.

Podle německého patentového spisu DOS 26 56 821 je chráněno zařízeni a způsob nanáienl filmu na substrát. Zařízeni je vytvořeno z reakční komory/ čerpacího zařízeni/ držáku substrátu v reakční komoře/ prostředků pro přívod jednoho prvního a jednoho druhého plynu do reakční komory a konečně ze zařízeni/ které obklopuje reakční komoru a je určeno pro Ionizaci plynu a vznik vysokofrekvenční výbojové zóny v reakční komoře.

Podle tohoto patentu je první plyn vhodným zařízením do reakčnl komory rozveden a vybuzen budicím zařízením do vysokofrekvenčního výbojeř držák substrátu je upraven pod výbojovou zónou a vhodné zařízeni nad držákem substrátu a pod výbojovou zónou rozděluje druhý plyn uvnitř reakční komory takovým způsobem/ že vybuzený první plyn a druhý plyn reaguji v blízkosti nosiče substrátu a na substrát je takto nanesen film. Držák substrátu je opatřen kovovou deskou pro upevněni substrátu a žhavicí zařízeni pro udrženi teploty kovové desky nad 200 °C. Zařízeni pro vybuzeni plynu je vytvořeno z cívky navinuté na část reakční komory. Zařízení pro rozděleni obou plynů v reakční komoře jsou dvě/ jsou cylindrické a opatřená otvory.

Způsob podle uvedeného patentu se týká nanáěenl filmu ne substrát/ který je umístěn v reakční komoře/ v niž je nízký tlak a do niž se přivádějí plyny, > je zavedeno vysokofrekvenční pole/ aby se vytvořila uvnitř reakční komory výbojové zóna. První plyn je vybuzen výbojovou zónou a druhý plyn se rozvádí v reakční komoře pod výbojovou zónou a bezprostředně nad substrátem, kde reaguje s vybuzenými částicemi prvního plynula tím se vytváří film. Substrát je přitom ohříván na teplotu nad 200 °C. Prvním plynem je dusík nebo argon. Druhým plynem je binární směs sílánu a vzácného plynu, argonu nebo hélia. Podle patentu je dále prv251 011 nim plynem dusík a druhým plynem binární směs 1/5 Z objemu sílánu v argonu nebo 3 Z objemu sílenu v argonu nebo 1/5 Z objemu sílenu v héliu.

Podle německého patentového spisu DOS 27 36 514 je chráněn způsob a zařízeni pro nanášeni uhlíkatého materiálu na jeden povrch. Způsob je vyznačen tím, že se povrch substrátu vystaví Ionizovaná plynná atmosféře vytvořená v plynu, obsahující uhlík a vodík/ přičemž na povrch substrátu je přiloženo elektri ká napětí pomoci kapacitního zařízeni a polarita tohoto napětí se mění v Intervalech od 5x10 sekundy do 10 sekundy · Ve druhá alternativ# je chráněn způsob nanášeni uhlíkatého mateři# lu, který je vyznačen tím/ že povrch je spojen kapacitním zařízením s jednou svorkou zdroje elektromagnetického pole o kmitočtu od 0,5 do 100 MHz, zatímco druhá svorka tohoto zdroje je spojena s elektrodou umístěnou v odstupu od povrchu a do blízkosti tohoto povrchu se přivádí plyn obsahující uhlík a vodík při tlaku nižším než atmosférickém, Č1mž se vytváří v blizkos ti povrchu ionizovaná plynná atmosféra. Při třetí alternativě způsobu podle patentu je chráněn způsob nanášeni uhlíkatého materiálu na dva od sebe vzdálená povrchy. Tento způsob je vyznačen ť1m, že každý povrch je spojen příslušným kapacitním zařízením s odpovídající svorkou zdroje elektromagnetického pole o kmitočtu od 0,5 do 100 MHz a do blízkosti povrchu se přivádí opět plyn obsahující uhlík a vodík při tlaku nižším neži atmosférickém, čímž se vytváří v blízkosti obou povrchů atmosféra ionizovaného plynu. Př1 čtvrtá alternativě způsobu podle patentu je chráněn způsob podle první a druhá alternativy s tím rozdílem, že povrch je kapacitním zařízením spojen s jednou svorkou prvního zdroje elektromagnetického pole, jehož druhá svorka je spojena s elektrodou a v plynu je vytvářena Ionizovaná plynná atmosféra cívkou, jež obepíná povrch; tato cívka je připojena ke druhému vysokofrekvenčnímu zdroji. Při pátá alternativě způsobu podle patentu je chráněn způsob podle první a druhá alternativy s tím rozdílem, že Ionizace plynná atmosféry se dociluje rozežhaveným drátem nebo vláknem a další elektrodou vzdáleně umístěnou. Při šestá alternativě je použito jako plynu uhlovodíku. Př1 sedmá alternativě způsobujte patentu je jako uhlovodíku použito butanu. Při osmá alternativě způsobupdle patentu je chráněn způsobile šeaté alternativy, při němž je po251 011

- 6 vrch udržován na pokojové teplotě a jednotka rozsahu terčového zařízeni, připadající na jednotku sníženého tlaku zavedeného vstupního výkony je menši než 20 U.cm** .Torr“ · Při deváté alternativě způsobu je chráněn způsobile Šesté alternativy, při němž je povrch udržován na teplotě místnosti a vstupní výkon, který je přiváděn na jednotku terčového rozsahu, připadající na jednotku redukovaného tlaku, je mezi 20 a 200 W.cm**².Torr~2 Při desáté alternativě způsobujte patentu je chráněn způsob^dle šesté alternativy, při němž vstupní výkon na jednotku redukovaného tlaku přiváděný jednotkovému rozsahu terče je větši než .

200 W. cm”2.Torr’\

Zařízeni pro prováděni uvedeného způsobu podle patentového spisu DOS 27 36 514 je vyznačeno tim, že je vytvořeno držákem k upěvněni substrátu, na jehož povrch má být nanesen uhlíkatý materiál, dále zdrojem elektrického napětí spojeným s držákem substrátu, přičemž toto napětí mění polaritu v intervalech od 5x10** do 10 sekundy, a konečně zařízením pro vytvořeni ionizované plynné atmosféry v okolí povrchu substrátu.

Podle německého patentového spisu DOS 29 19 191 je chráněn způsob nanášeni otěruvzdorného materiálu na trubice, zejména na trubičky psacích trubičkových per. Způsob je vyznačen tim, že se trubička po očištěni povrchu vloží do vakua a podrobí otáčivému pohybu; povlakový materiál ve tvaru terče planárniho rozprašovacího magnetronového systému se umísti v blízkosti trubičky ve vakuu s připojením elektrického napětí se rozprašuje. Otěruvzdorný materiál se usadí na trubičkách a vytvoří vrstvu.

Terč je připojen k magnetronu vysokofrekvenčnímu nebo stejnosměrnému. Povlakovým materiálem je karbid křemíku S1C, kysličník hliníku Al^O^, karbid wolframu WC, chrom Cr, kobalt Co chrom Cr nebo Ruthenium Au - chrom Cr. Povlakováni se děje rychlosti 150 X za minutu. Po dobu otáčivého pohybu trubiček je na ně přiloženo elektrické předpěti -25 V až -100 V. Do evakuovaného prostoru se napouští vodík, dusík, kyslík, argon a/nebo acetylen, přičemž se napouští alespoň dva plyny· Trubičky jsou uloženy v otáčivém bubnu, jehož teplota se řidl vodním chlazením. Čištěni trubiček sa provádí v kyslíkovém plazmatu, přičemž toto čištěni pokračuje až do výrazného sníženi obsahu vodíku

251 011

- 7 H₂“/ uhlíku C-, dusíku N₂~, hydroxydu OH- a vody HgO-, což se projeví zmizením plků v záznamu analýzy jejich přítomnosti.

Známé způsoby vytvářeni tenkých povlaků na povrchu těles máji různé nevýhody. Ve mnoha případech jde o nutnost dosáhnout požadované odolnosti a trvanlivosti součástek namáhaných na otěr nebo opotřebovávaných abrazívně, přičemž tyto součástky mají velmi složitý tvar namáhaného povrchu; jindy je potřeba vytvořit vhodný povlak na povrchu funkční dutiny nebo prolákliny. V těchto případech ochranné vrstvy na povrchu tělesa a zejména dutin malých rozměrů nebo složitého tvaru nelze jednoduše vytvořit běžnými známými tenkovrstvovými technologiemi a kromě toho obvykle nelze použit technologii využívajících teploty nad 200 až 300 °C, takže je ovšem omezen výběr a použiti známých technologii pro vytvořeni tenkovrstvového povlaku na tělesech zhotovených z materiálů, jež nelze tepelně namáhat působením teploty nad 200 až 300 °C_O Tato nevýhoda je závažná 1 s ohledem na rostoucí trend použiti umělých hmot pro zhotoveni jádra tělesa, jež se opatřuje ochrannou tenkou vrstvou funkční části jeho povrchu.

Nevýhody a nedostatky stávajících způsobů vytvářeni tenkých povlaků na povrchu a v dutinách těles jsou v největší míře zmírněny anebo zcela odstraněny způsobem a zařízením pro prováděni tohoto způsobu podle vynálezu. Podstatou způsobu podle vynálezu je vytvářeni tenkého povlaku na povrchu tělesa plazmaticky aktivovanou chemickou reakci z plynné fáze, při němž se do odčerpávané reakční nádoby, v niž se umísti povlakované těleso, upevněné v držáku s nastavitelnou teplotou, zavádí jednak neaktivovaný reakční plyn, jednak plazmaticky aktivovaný reakční plyn, přičemž přívod alespoň jednoho z obou reakčních plynů se směruje proti povlakované části povrchu tělesa, před niž se oba reakční plyny setkávají, načeé se výsledný tok produktu plazmaticky aktivované chemické reakce z plynné fáze směruje na povlakovanou část povrchu tělesa za trvalého čerpáni reakční nádoby.

Podstatou zařízeni pro provádění způsobu podle vynálezu je zařízeni vytvořené z reakční nádoby, v niž je umístěno povlakované těleso, upevněné tepelně vodivě v držáku s nastavitelnou teplotou, a jež je opatřena čerpacím výstupem. Podle vy— 8 ··

2S1 011 nálezu je napouštěci systém pro vytvořeni plazmaticky aktivované chemické reakce umistěn před části povrchu tělesa určenou k vytvořeni povlaku a čerpaci výstup je umistěn ve směru toku produktu plazmaticky aktivované chemické reakce za povlakovaným tělesem.

Při prvni alternativě zařízeni pro prováděni způsobu podle vynálezu sestává napouštěci systém pro vytvořeni plaa«aticky aktivované chemické reakce jednak z alespoň jednoho přivodu neaktivovaného reakčniho plynu, jednak z alespoň jednoho přivodu plazmaticky aktivovaného reakčniho plynu, přičemž ústi alespoň jednoho z přivodů obou reakčnich plynů je umístěno proti části povrchu tělesa určené k vytvořeni povlaku a průsečík os přívodů reakčnich plynů je před touto části povrchu tělesa.

Při druhé alternativě zařízeni pro prováděni způsobu podle vynálezu sestává napouštěci systém pro vytvořeni plazmaticky aktivované chemické reakce z alespoň dvou přivodů prvního z obou reakčnich plynů, dále z alespoň dvou přivodů druhého z reakčnich plynů a/nebo přívod druhého z reakčnich plynu je opatřen rozptylovaci koncovkou vytvořenou soustavou trysek, a/nebo porézní přepážkou, přičemž ústi alespoň dvou přivodů a ústi rozptylovaci koncovky jsou umístěna proti části povrchu tělesa určené k vytvořeni povlaku a průsečík os alespoň dvou přivodů prvního z obou reakčnich plynů je před touto části povrchu tělesa.

Při třetí alternativě zařízeni pro prováděni způsobu podle vynálezu sestává napouštěni systému pro vytvořeni plazmaticky aktivované chemické reakce ze dvou souosých přivodů reakčnich plynů, jejichž ústi jsou uvnitř tělesa v alespoň jeho jedné dutině, určené k vytvořeni povlaku, přičemž prvni z obou přivodů reakčnich plynů je určen pro plazmaticky aktivovaný reakční plyn a je opatřen alespoň jedním rozptylovačem sestávajícím z radiálně a axiálně uspořádaných trysek, zatímco druhý z obou přivodů reakčnich plynů je určen pro neaktivovaný plyn.

Při čtvrté alternativě zařízeni pro prováděni způsobu podle vynálezu sestává napouštěci systém pro vytvořeni plazmaticky aktivované chemické reakce jednak z alespoň jednoho přivodu neaktivovaného reakčniho plynu, jednak z alespoň jednoho přivodu plazmaticky aktivovaného reakčniho plynu, přičemž ústi obou přivodů reakčnich plynů jsou umístěna proti Části povrchu těle251 011

- 9 sa ve tvaru fólie/ vedené z odvijecího válce přes při tlačný vodici válec s nastavitelnou teplotou k navíjecímu válci a přívody reakčních plynů mají průřez, jehož rozměr ve směru kolmém ke směru pohybu fólie je roven alespoň její Šířce a čerpací výstup je umístěn ve směru výsledného toku produktu reakce pod přítlačným válcem s nastavítelnou teplotou·

Výhody vytvářeni tenkých ochranných povlaků způsobem a zařízením pro jeho prováděni lze popsat následovně: povlak lze nanáSet v prostoru mimo oblast plazmatu aktivujícího požadovanou komponentu reakční směsi a povrch tělesa při povlakovánl může být udržován v podstatě na libovolné teplotě· Aktivované i neaktivované plyny potřebné k reakci je možno do reakční nádoby zavést tak, aby výsledný směr jejich prouděni byl orientován do žádaného směru na stěnu tělesa· Chemická reakce vznikající při mícháni plynů produkuje na stěnách tenký povlak požadovaného složeni, přičemž teplota tělesa může být regulována ohřevem nebo chlazením ze zdroje umístěného mimo oblast reakce· Požadovanou rovnoměrnost tloušťky povlaku na povrchu tělesa lze dosáhnout rovnoměrným mícháním reagujících plynů vzhledem k povlakovanému povrchu využitím jednoduchých nebo vícenásobných trysek nebo soustav otvorů, které umožňuji rovnoměrné rozptýleni plynů v požadované oblasti. Povlakovánl způsobem podle vynálezu lze aplikovat také v případě fólii na zařízeni podle vynálezu, které je pro takový účel přizpůsobeno·

Způsobu podle vynálezu lze běžně využit pro zvýšeni odolnosti různých strojních součásti, zhotovených z nedokonale mechanicky odolných materiálů, jako jsou například hliníkové slitiny· Lze vytvářet povlaky různých vlastnosti: otěruvzdorné povlaky, antikorozní nebo jinak ochranné, dielektrické, vodivé, snižující třeni apod.

Podstata vynálezu je dále vysvětlena na příkladech zařízeni pro prováděni způsobu podle vynálezu pomoci výkresů, na nichž je znázorněno: na obr· 1 - nej jednodušší zařízeni, na obr· 2zařizenl pro povlakovánl větší plochy povrchu tělesa, na obr· 3 - zařízeni pro povlakovánl vnitřní dutiny tělesa, na obr· 4 zařízeni pro povlakovánl více vnitřních dutin tělesa, na obr·

- zařízeni pro povlakovánl tělesa ve tvaru dlouhé fólie·

- 10 251 011

Na obr· 1 je znázorněn přiklad zařízeni v nejjednoduššln provedeni, u něhož je v reakční nádobě 1 těleso 2 upevněno v držáku 2 s nastavitelnou teplotou, takže je nastavitelná také teplota tělesa i, na jehož stěně i se má vytvořit povlak 5· Přívod 2 je určen pro neaktivovaný reakční plyn Z a přívod 8 je určen pro aktivovaný reakční plyn 2· Reakční nádoba 1 je připojena čerpacím výstupem k čerpacímu zařízeni· Přívody 2/ 8 reakčních plynů jsou v reakční nádobě 1 umístěny tak, že alespoň jeden z obou přívodů je nasměrován proti stěně 2 tělesa 2/ na niž se má vytvořit ochranný povlak 2· Přitom průsečík os přívodů £, 8 reakčních plynů Z, 2 je v místě před stěnou 2· čerpací výstup Ifl reakční nádoby 1 je umístěn za tělesem 2·

V místě JI se setkávají oba reakční plyny Z/ 2 a výsledný tok 12 produktu reakce smeřuje proti stěně 2·

Na obr· 2 je znázorněn přiklad zařízeni vhodného pro povlakovánl větší plochy povrchu tělesa 2« Jsou opět upraveny přívody 12, 12 pro jeden druh nebo pro dva druhy reakčnlho plynu, dále je upraven třetí přívod 12 reakčnlho plynu a rozptylovac1 koncovka 12, vytvořená soustavou trysek nebo porézní přepážkou a/nebo zvětšením počtu přívodů pro napouštěni alespoň jednoho reakčnlho plynu· Přívody 12, 12 reakčnlho plynu jsou vhodně šikmo směrovány proti stěně 2/ na niž má být vytvořen povlak 2·

Aby tento povlak 2 byl rovnoměrně tenký při větší ploše stěny 2/ je před třetím přívodem 12 reakčnlho plynu vložena rozptylovaci koncovka 12· Výsledný tok 1Z, 18/ 12 produktu reakce je směrován proti stěně 2· Ostatní části zařízeni p«He obr· 2 jsou stejné a stejně označeny, jakojeuvedeno v popisu obr. 1·

Na obr· 3 je znázorněn přiklad zařízeni vhodného pro povlakováni vnitřní dutiny tělesa· Zařízeni je vytvořeno opět z reakční nádoby 1, v niž je těleso 2Q s dutinou 21/ které je upevněno v držáku 2 s nastavitelnou teplotou· Do dutiny 21 tělesa 2fi jsou zavedeny dva souosé přívody napouštěciho systému: vnitřní přívod 22 prvního reakčnlho plynu, vnější přívod 22' druhého reakčnlho plynu. Vnitřní přívod 22 je uvnitř dutiny opatřen rozptylovačem 22/ který je vytvořen systémem radiálně a axiálně umístěných trysek. Povlak 2 na povrchu dutiny 21 je vytvořen tokem 22/ 22 produktu reakce. Čerpací výstup Ifl reakční nádoby 1 je umístěn za držákem 2 tělesa 2fi·

251 011

Na obr· 4 je znázorněn přiklad alternativy zařízeni pro povlakováni vnitřních stěn dutého tělesa, jehož tvar dutiny je složitý a mi větší plochu povrchu· Zařízeni je vytvořeno z reakčni nádoby 1, v niž je těleso H s dutinou 28 složitějšího tvaru a větší osové délky, které je upevněno v držáku 22 $ nastavitelnou teplotou. Přívody 3fi# 31 reakčnich plynů jsou souosé a jsou upraveny tak, že vnější přívod 2Q je napojen na dutinu 28# zatímco vnitřní přívod 31 pokračuje podél osy dutiny 28 několika rozptylovači 32# umístěnými v blízkosti části povrchu stěny, na niž má být vytvořen ochranný povlak 3· šipky označuji směr výsledného toku 38 produktu reakce. Čerpací výstup l£ je umístěn ve směru prouděni reakčnich plynů ve protější stěně reakčni nádoby 1 proti souosým přívodům 3fl# 81 napouštěciho systému reakčnich plynů.

Na obr. 5 je znázorněn přiklad zařízeni pro povlakovini tělesa ve tvaru dlouhé fdlie. Zařízeni je vytvořeno z čerpací nádoby 1, do niž jsou zavedeny shora dva přívody 38# 88 reakčnich plynů, které jsou směrovány tak, že průsečík jejich os je nad povrchem tělesa 38 ve tvaru dlouhé fólie, která se odviji z odvijeciho válce 3Z a naviji se na navíjecí válec 38# přičemž pro regulaci teploty je mezi odvijecim válcem a navíjecím válcem upraven přítlačný válec 32 s nastavitelnou teplotou. Těleso 38 ve tvaru dlouhé fólie je vedeno přes přítlačný válec 32· pod nimž je upraven čerpací výstup Ifl ve směru výsledného toku 8P produktu reakce.

Popis činnosti při použiti způsobu/vdle vynálezu: tenký povlak se na stěny tělesa ukládá jako produkt plazmochemícké reakce probíhající ve směsi plynů, z nichž alespoň jeden je aktivován průchodem plazmatem. Aktivace směsi nebo alespoň některé komponenty je podmínkou vzniku a udrženi požadované reakce a umožňuje syntetizovat výsledný produkt při nízké teplotě, někdy dokonce blízké teplotě pokojové. Jde tedy o nízkoteplotní způsob vytvářeni povlaků. Jako příklady tohoto způsobu lze uvést některé typické plazmochemícké reakce:

Zaprvé vytvořeni nitridu titanu T1N : neutrální plyn, chlorid titanu TiCl^ plus plyn aktivovaný plazmatem, dusík N* plus neutrální plyn, vodík 2Hg. - Výsledný produkt reakce: povlakjtj. pevná látka nitrid titanu T1N plus neutrální plyn, chlorovodík 4HCI.

I

251 011

Zadruhé vytvořeni karbidu titanu T1C: neutrální plyn, chlorid titaničitý TiCl^ + plyn aktivovaný plazmatem,tj· methan CH*.

- Výsledný produkt reakce: povlaky tj· pevná látka karbid titanu TiC + neutrální plyn, chlorovodík 4HCI.

Zatřetí vytvořeni nitridu křemíku Si^M^: neutrální plyn, sílán 3S1H^ plus plyn aktivovaný plazmatem, dusík 2n£. - Výsledný produkt reakce: povlak,tj. pevná látka, nitrid křemíku Si^N^ plus neutrální plyn, vodík 6H₂.

Popis činnosti zařízeni pro prováděni způsobu podle vynálezu

U zařízeni podle obr. 1 je do reakční nádoby 1 napouštěn při vodem $ neaktivovaný reakční plyn Z a aktivovaný reakční plyn 2 přívodem So Reakční nádoba 1 je odčerpávána čerpacím výstupem lfi. Přívody b, & reakčních plynů Z a 3 jsou zavedeny do reakční nádoby J a v ni směrovány tak, že alespoň jeden z obou reakčních plynů je nasměrován proti stěně i tělesa Z, na které má být vytvořen povlak. Oba reakční plyny se setkávají před stěnou £ tělesa Z v místě Π a na stěnu 3 směřuje výsledný tok 1Z produktu reakce. Takto se na stěně & vytváří tenký povlak £· Pro dosaženi optimálního směru toků plynů Z a 2 ^a toku 1Z výsledného produktu reakce je čerpací výstup IP reakční nádoby 1 umístěn ve směru požadovaného toku 1Z produktu reakce, za držákem i tělesa Z·

U zařízeni podle obr. 2 je povlakovaná plocha i a povlak 1 větších rozměrů, a proto je přívod alespoň jednoho z obou reakčnich plynů opatřen rozptylovacl koncovkou 1$, vytvořenou soustavou trysek nebo porézní přepážkou a/nebo počet přívodů pro napouštěni alespoň jednoho plynu je zvětšen. V konkrétním přikladu je první z obou reakčních plynů zaváděn dvěma přívody 13, 13 a směrován šikmo proti povlakované stěně 3, zatímco druhý reakční plyn se přivádí přívodem 15 a rozptylovacl koncovkou 1£ se dostává do prostoru před stěnou 3, kde se míchá s druhým reakčním plynem a vzniklý tok 1Z, 1S, 12 produktu reakce vytváří na stěně 3 tělesa Z povlak 2, který je rovnoměrně tlustý. Čerpáni se děje opět ve směru požadovaného toku 1Z, 1§, 12 produktu reakce čerpacím výstupem IP, umístěným za držákem i tělesa Z.

U zařízeni podle obr. 3 je napouštěcl systém souosý a aktivovaný reakční plyn je do dutiny Z1 tělesa ZP zaveden například vnitřním přívodem Z2 a rozptýlen rozptylovačem Z3, zatímco

251 011 neaktivovaný reakční plyn je do dutiny 21 zaveden vnějším přívodem 22· Výsledný tok 25/ 25 produktu reakce vytváří na stěnách dutiny tenký rovnoměrný povlak 5· Čerpací výstup je umistěn opět před držákem 3 tělesa 2Q, aby se čerpáni dělo ve směru požadovaného toku produktu reakce·

U zařízeni podle obr. 4 je napouštěci systém opět souosý a vzhledem k větši osové délce dutiny 28 v tělese 2Z válcového tvaru je vnitřní přívod 81 opatřen více rozptylovači 82/ kterými se napouští a rozptyluje v dutinách aktivovaný reakční plyn; přívodem 3fl se napouští neaktivovaný reakční plyn, který se přivádí podél vnitřních stěn tělesa 2Z· Aktivovaný reakční plyn, rozvedený rozptylovači 82 v blízkosti vnitřní stěny tělesa 2Z reaguje s neaktivovaným reakčnim plynem a vytváří ochranný povlak 8· Výsledný tok produktu reakce je označen šipkami 85· Čerpáni reakčni nádoby j se provádí čerpacim výstupem 1JJ umístěným ve směru napouštěni reakčnich plynů, v protější čelní stěně proti jejich přívodům.

U zařízeni podle obr. 5 jsou části uvnitř reakčni nádoby 1 umístěny s ohledem na těleso ve tvaru dlouhé fo'lie 85/ která se odviji z odvijeciho válce 8Z/ je vedena přes přítlačný válec 82 s nastavitelnou teplotou a naviji se na navíjecí válec 88- Oba reakčni plyny se přivádějí přívody 85 a 85/ michaji se nad místem styku fólie 26 s přítlačným válcem 32 a vzniklým tokem 58 produktu reakce se vytváří povlak 3 na povrchu fólie 35 na její straně přivrácené k přívodům 35/ 35 reakčnich plynů. Čerpáni reakčni nádoby 1 se děje čerpacím výstupem 18 umístěným pod přítlačným válcem 32 ve směru výsledného toku 58 produktu reakce. Ostí přívodů reakčnich plynů jsou umístěna proti části povrchu fólie a máji průřez, jehož rozměr ve směru kolmém ke směru pohybu fólie 35 je roven alespoň její šiřce.

Způsob vytvářeni tenkých povlaků na stěnách strojních součást^ a to na stěnách vnějších nebo vnitřních a zařízeni pro prováděni tohoto způsobu podle vynálezu je možné použit k vice účelům. Povlaky mohou sloužit jako otěruvzdorné, antikorozní, dielektrické, snižující nebo zvyšující třeni, ochranné apod. Proto je využiti způsobu a zařízeni podle vynálezu všestranné, to znamená ve strojírenství například pro zvyšováni trvanlivosti spřádacích rotorů textilních strojů, dále v metalurgii například i

2S1 011 pro obráběcí a tvářecí nástroje. Vynález je využitelný také v elektronice, v mikroelektronlce,v leteckém a automobilovém průmyslu atd.

Claims (6)

1. Způsob vytvářeni tenkého povlaku na povrchu tělesa plazmaticky aktivovanou chemickou reakci z plynné fáze, vyznačený tím, že se do odčerpávané reakční nádoby, v niž se umísti povlakované těleso upevněné v držáku s nastavitelnou teplotou, zavádí jednak neaktivovaný reakční plyn, jednak plazmaticky aktivovaný reakční plyn, přičemž přívod alespoň jednoho z obou reakčních plynů se směruje proti povlakované části povrchu tělesa, před niž se oba reakční plyny setkávají, načež se výsledný tok produktu plazmaticky aktivované chemické reakce z plynné fáze směruje na povlakovanou část povrchu tělesa za trvalého čerpáni reakční nádoby.

2. Zařízeni pro prováděni způsobu podle bodu 1, vytvořené z reakčni nádoby, v niž je umístěno povlakované těleso, upevněné tepelně vodivě v držáku s nastavitelnou teplotou, a jež je opatřena čerpacím výstupem, vyznačené tím, že napouštěci systém /7,8; 13,14; 22,23; 30,31; 34,35/ pro vytvořeni plazma ticky aktivované chemické reakce je umístěn před části povrchu /4,26/ tělesa /2; 20,27,36/ určenou k vytvořeni povlaku /5/ a čerpací výstup /10/ je umístěn ve směru toku /12; 17,18,19; 25; 33; 40/ produktu plazmaticky aktivované chemie ké reakce za povlakovaným tělesem /2; 20; 27; 36/.

3. Zařízeni podle bodu 2, vyznačené tím, že napouštěci systém pro vytvořeni plazmaticky aktivované chemické reakci sestává jednak z alespoň jednoho přívodu /6/ neaktivovaného reakč nlho plynu /7/, jednak z alespoň jednoho přívodu /8/ plazmaticky aktivovaného reakčniho plynu /9/, přičemž ústi alespoň jednoho z přívodů /6,8/ obou reakčních plynů /7,9/ je umístěno proti části /4/ povrchu tělesa /2/ určené k vytvořeni povlaku /5/ a průsečík os přívodů /6,8/ reakčních plynů je před touto části /4Λ povrchu tělesa /2/.

4_O Zařízeni podle bodu vyznačené tím, že napouštěci systém pro vytvořeni plazmaticky aktivované chemické reakce sestává z alespoň dvou přívodů /13,14/ prvního z obou reakčních ply251 011 nů, dále z alespoň dvou přivodu druhého z obou reakčnich plynů a/nebo při vod /15/ druhého z obou reakčnich plynů je opatřen rozptylovaci koncovkou /16/ vytvořenou soustavou trysek, a/nebo porézní přepážkou, přičemž ústi alespoň dvou přivodů /13,14/ a ústi rozptylovaci koncovky /16/ jsou umistina proti části /4/ povrchu tělesa /2/ určené k vytvořeni povlaku /5/ a průsečík os alespoň dvou přívodů /13,14/ prvního z obou reakčnich plynů /7/ je před touto části /4/ povrchu tělesa /2/_o

5. Zařízeni podle bodu 2, vyznačené tim, že napouštěci systém pro vytvořeni plazmaticky aktivované chemické reakce sestává ze dvou souoscýh přivodů /22, 23/ reakčnich plynů /7, 9/, jejichž ústi jsou uvnitř tělesa /20/ v alespoň jeho jedné dutině /21/ určené k vytvořeni povlaku /5/, přičemž prvni z obou přivodů /22, 23/ reakčnich plynů /7, 9/ je určen pro plazmaticky aktivovaný reakčni plyn /9/ a je opatřen alespoň jedním rozptylovačem /24, 32/, sestávajícím z radiálně a axiál ně uspořádaných trysek, zatímco druhý z obou přivodů /22, 23/ reakčnich plynů /7, 9/ je určen pro neaktivovaný reakčni plyn Hl.

*

6. Zařízeni podle bodu 2, vyznačené tim, že napouštěci systém pro vytvořeni plazmaticky aktivované chemické reakce sestává jednak z alespoň jednoho přivodu /34/ neaktivovaného reakčniho plynu /7/, jednak z alespoň jednoho přivodu /35/ plazmaticky aktivovaného reakčniho plynu /9/, přičemž ústi obou přivodů /34, 35/ reakčnich plynů /7, 9/ jsou umístěna proti části povrchu tělesa ve tvaru fólie /36/, vedené z odvljecího válce /37/ přes přítlačný vodici vátec /39/ s nastavitelnou teplotou k navíjecímu válci /38/ a přívody /34,

35/ obou reakčnich plynů /7, 9/ máji průřez, jehož rozměr ve směru kolmém ke směru pohybu fólie /36/ je roven alespoň jeji šiřce a čerpací výstup /10/ je umístěn ve směru výsledného toku /40/ produktu reakce pod přítlačným válcem /39/ s nastavitelnou teplotou.