(54) СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ(54) METHOD FOR DEPOSITING ALUMINUM NITRIDE
Изобретение огаоснтс к области металлургии , в частности к способам нанесени покрытий из неорганических соединений металлов, а именно нитрида алюмини , из паро-газовой фазы и может быть использовано в химической промышленности, высокотемпературной технике , электротехнике дл получени жаростойких , защитных, коррозионностойких, диэлектрических покрытий на тугоплавких металлах. Известен способ получени покрытий из нитрида алюмини осаждением его из паро-газовой смеси, содержащей моноаммиакат хлористого алюмини и газ-носитель, на подложке, нагретой до 800-1400 С 1-2. Недостатком зтого способа вл етс необходимость предварительного синтез фовани исходного алюмииийсодержащего сырь и его очистки. Кроме того, использование моиоаммиаката хлористого алюмини ограничивает возмож ность изменени соотношени алюминий- и азот содержащих компонентов в парогазовой фазе и, тем самым, возможность управлени качеством получаемого покрыти и скоростью его осаждени . Наиболее близким к изобретению вл етс спосОб осаждени нитрида алюмини на нагретые до 800-1000 G издели из тугоплавких металлов путем пропускани вдоль их поверхности паро-газовой смеси хлористого алюмини , азотсодержащего соединени , в частности аммиака , и инертаого газа, вьшолн ющего роль газа-носител 3. Этот способ не требует предварительного синтеза исходных соединений, может регулироватьс соотиощением компонентов в паро-газовой смеси. Однако недостаточна адгези получаемых покрытий к тугоплавким металлам обуславливает их низкую жаростойкость. В частност , при нагреве щ{линдри 1еского молибденового образца с покрытием из нитрида алюмини толщиной 150-250 мкм до температуры 1300 С на воздухе в течение 3 ч потер материала основы составл ет 0,081-0,201 г/см. ч. Цель изобретени - повьпиение жаростойкости покрытий из нитрида алюмини . Поставленна цель достигаетс тем, что в данном случае в качестве азотсодержащего соединени бфут хлористый аммоний, а нагретое изделие перед осаждением покрыти выдерживают в паро-газовой смеси хлористого аммони и инфтного газа их соотношении 1:(20-5) в течение 10-15 мин. Дл этого вдоль нагретой до рабочей тем пературы 800-1000° С поверхности издели из тугоплавких металлов пропускают паро-газовую смесь хлс истого аммони и инертного газа пр их соотношении 1:(20-5) в течение 10-15 миН после чего в п о-газовую смесь ввод т хлорис тый. алюм1ший при следующей коццентрации ко шонентов об.%: Хлористый алюминий 2,5-27,5 Хлористый аммоний2,5-27,5 Инертный газ70,0-95,0 Продолжнтепшость процесса осаждени нитрида алюмини огфедел етс необходимой ТОЛ1Ц1ШОЙ покрыти , исход из скорости осаждени , составл ющей в указанньк услови х 100-250 мкм/ч. Пример. Цилиндрический молибдено вый образец диаметром 2-60 мм помещают в реактор дл нанесени покрыти . После продув ки реакщюнного пространства аргоном (расход ртоаа. 220 л/час) нагревают покрываемое изделие до температуры 1000° С. Испаритель хлористого аммсжи нагревают до темпфатуры 390- 400° С и подают в реакционный объем паро-газовую смесь, содержащую хлористый аммоний аргон при их соотаощении 1:11,5 (8% об. хлористый аммший, аргсж - остальное) в течение 10 мин. Далее из испарител , нагретого до 210220° С, в реакцисжную смесь ввод т хлористьш алюминий до 6-8% об., происходит осаждение нитрида алюмини до получени покрыти заданной толщины, после чего изделие охлаждают в протоке инертного газа. Результаты испытани образцов представлены в таблице. Предложенный способ обеспечивает получение покрьпий из нитрида алюмини , обладающих высоким сцеплением с подложками из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, ниобий и др.) и более высокой, по фавнению с существуюораш, жаростойкостью (см. таблицу ), не требует токсичных и взрывоопасных в рабочих услови х исходных соединший, в частности аммиака, позвол ет регул1фовать соотношение реагентов в паро-газовой смеси, качество получаемых покрытий и их скфость осаждени , используемое сьфье - товарные 1фОдукты . Указаш{Ь1е технико-эксшомические 1феимущества изобретени позвол ют расширить применение способа нанесени покрытий из нитрида алюмини в химической и электротехнической промьпллалности и в металлургии.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for applying coatings from inorganic metal compounds, namely, aluminum nitride, from the vapor-gas phase and can be used in the chemical industry, high-temperature engineering, electrical engineering to obtain heat-resistant, protective, corrosion-resistant, dielectric coatings refractory metals. A known method for producing coatings of aluminum nitride by precipitating it from a vapor-gas mixture containing aluminum chloride mono-ammine and carrier gas on a substrate heated to 800-1400 C 1-2. The disadvantage of this method is the need to pre-synthesize the fouling of the original aluminum-containing raw material and clean it. In addition, the use of aluminum chloride mioammiakata limits the possibility of changing the ratio of aluminum and nitrogen containing components in the vapor – gas phase and, thus, the ability to control the quality of the resulting coating and its deposition rate. The closest to the invention is the method of deposition of aluminum nitride on heated to 800-1000 G articles of refractory metals by passing along their surface a vapor-gas mixture of aluminum chloride, a nitrogen-containing compound, in particular ammonia, and inert gas, which plays the role of carrier gas 3. This method does not require pre-synthesis of the starting compounds, it can be adjusted by matching the components in the vapor-gas mixture. However, insufficient adhesion of the resulting coatings to refractory metals causes their low heat resistance. In particular, when heating a u {lindry of a 1 x molybdenum sample coated with aluminum nitride with a thickness of 150-250 µm to a temperature of 1300 ° C in air for 3 hours, the loss of base material is 0.081-0.2001 g / cm. The aim of the invention is the heat resistance of aluminum nitride coatings. This goal is achieved by the fact that in this case, as a nitrogen-containing compound, pf ammonium chloride, and the heated product is kept in a vapor-gas mixture of ammonium chloride and infra-gas with a ratio of 1: (20-5) for 10-15 minutes. To do this, along the surface of the product made of refractory metals heated to a working temperature of 800–1000 ° C, a vapor-gas mixture of hlc of raw ammonium and inert gas is passed through a ratio of 1: (20-5) for 10–15 min and then The gas mixture is injected chlorinated. Alum at the next concentration of covents of vol.%: Aluminum chloride 2.5-27.5 Ammonium chloride 2.5-27.5 Inert gas 70.0-95.0 The depth of the aluminum nitride deposition determines the desired TOL1TS1ShOY coating, based on the deposition rate constituting 100-250 µm / h under specified conditions. Example. A cylindrical molybdenum sample with a diameter of 2-60 mm is placed in a coating reactor. After purging the reactive space with argon (flow rate of rtoa. 220 l / h), the article to be coated is heated to a temperature of 1000 ° C. The ammonia chloride evaporator is heated to a temperature of 390-400 ° C and a vapor-gas mixture containing ammonium chloride argon is fed into the reaction volume at their correlation is 1: 11.5 (8% by volume of ammonium chloride, argsh — the rest) within 10 minutes. Further, from the evaporator heated to 210220 ° C, chloride aluminum up to 6-8% by volume is introduced into the reaction mixture, aluminum nitride is precipitated to obtain a coating of a given thickness, after which the product is cooled in an inert gas flow. The results of the test samples are presented in the table. The proposed method provides obtaining of aluminum nitride with high adhesion to the substrates of refractory metals (molybdenum, tungsten, niobium, etc.) and higher, according to the existing heat resistance (see table), does not require toxic and explosive in workers The conditions of the initial compounds, in particular of ammonia, allow the ratio of the reactants in the vapor-gas mixture to be controlled, the quality of the coatings obtained and their deposition, and the raw materials used are commercial products. The technical properties of the invention expand the application of the method of coating of aluminum nitride in chemical and electrical engineering and in metallurgy.