Способ получения покрытия из поли- @ -ксилилена

 

Сущность изобретения: на пленки на основе поли-п-ксилилена в вакууме воздействуют излучением СО-лазера, затем возбуждают тлеющий разряд в среде продуктов распыления ; причем перед началом распыления в камеру вводят вспомогательный плазмообразующий газ, например аргон или тетрафторэтияен, до достижения давления 1,4...20 Па. После этого зажигают тлеющий разряд в пространстве между мишенью и покрываемой поверхностью и распыляют полимер, поддерживая давление в указанных пределах силу тока I в пределах, связанных со средней мощностью лазерного излучения Рср и площадью кратера распыления S эмпирическим соотношением j Vjf/Pcp (0.6...4,5) мкА м/Вт, продукты распыления осаждаются на твердых поверхностях . 2 табл. ч Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 05 О 1/04

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

О ос

I S/Рср 0,6...4,5 мкА мlвт.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931984/05 (22) 01,04.91 (46) 07,06.93. Бюл. N. 21 (71) И нститут„,механики металлополимерных систем АН БССР (72) А.M.KpacoecK A, Е.М.Толстопятов, rI.Н.Гракович, В.Ф.Кочкин и В.А.Ширшова (56) Кардаш И.Е„Пебалк А.В., Праведников

А.И. Химия и применение поли-и-ксилиленов. В кн. "Итоги науки и техники", т. 19, М., 1984, с. 66-150.

Красовский А.М., Толстопятов ЕМ. Получение тонких пленок распылением полимеров в вакууме, Минск, 1989, с. 181.

Luff Р.Р., White М. ТЫп Solid Films, 1970, ч. 6, N 3, р. 175-195.

Задорожнцй В.Г„Силантьев А.И., При6бе С.А. Лакокрасочные материалы и их применение, 1985, N. 6, с, 38-40.

Новиков Н.П., Холодилов А.А. Механика полимеров. 1971, М 1, с.122-130.

Авторское свидетельство СССР

М 1378135, кл. В 05 0 3/06, 1985.

Изобретение относится к процессам переработки полимеров, а именно к способам переработки поли-.п-ксилилена.

Цель изобретения — стабилизация зажигания и горения разряда, повышение механической прочности, снижение" тангенса угла диэлектрических потерь покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения полимерных покрытий, включающем распыление полимера излучением лазера на углекислом газе, возбумщение электрического разряда в среде продуктов распыления и осаждение их на.поверхность твердого тела, перед началом расны„„50„„ 1819687 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ

ПОЛИ-П-КСИЛИЛЕНА (57) Сущность изобретения: на пленки на основе поли-и-ксилилена в вакууме воздействуют излучением СО-лазера, затем возбуждают тлеющий разряд в среде продуктов распыленйя; причем перед началом распыления в камеру вводят вспомогательный плазмообразующий газ, например аргон или тетрафторэтилен, до достижения давления 1,4...20 Па, После этого зажигают тлеющий разряд в пространстве между мишенью и покрываемой поверхностью и распыляют полимер, поддерживая давление в указанных пределах.и силу тока I в пределах, связанных со средней мощностью лазерного излучения Р я и площадью кратера рас- 3 пыления S эмпирическим соотношением ! б/Рср =(0.6...4,5) мкА м/Вт, продукты распыления осаждаются на твердых поверхностях. 2 табл. ления в камеру вводят вспомогательный плазмообраэующий газ до достижения давления 1,4...20 fla, после чего зажигают электрический разряд в пространстве между мишенью и покрываемой поверхностью, а

WIK распыляют, поддерживая давление в указанных пределах и силу тока разряда I в пределах, связанных со средней мощностью лазерного излучения Р р и площадью кратера распыления S эмпирическим соотношением

1819687. Включение тлеющего разряда до начала распыления обеспечивает условия активации конденсируемой фракции продуктов лазерного распыления ППК на всех стадиях процесса. поэтому в покрытии отсутствует

"слабый слой". Указанные границы давления вспомогательного газа и эмпирического параметра обеспечивают оптимальную сте° пень активации и скорость нанесения покрытия, что в совокупности позволяет получать покрытия с наибольшей скоростью при требуемой прочности. Использование описанных операций в заданной последовательности при поддержании технологических параметров в укаэанных режимах ранее известно не было.

Нижний предел давления rasa выбран иэ условия надежного зажигания и у,".тойчивого (равномерного, беэ искрения) горения разряда в среде газа с минимальным потенциалом зажигания. Верхний предел давления в камере выбран исходя иэ обеспечения требуемого каЧества покрытия (при превышении его покрытие становится матовым из-за осаждения сконденсированных в обьеме крупных пылевидных частиц). Диапазон изменения эмпирического параметра

1 S/Рср определен по получению требуемой прочности покрытия.

8 качестве вспомогательного плззмообразующего газа может использоваться

" инертный газ, например аргон, который не включается в состав покрытия, или химически активный газ, молекула которого (иви часть ее, или отдельный атом) после активации в плазме включается в химическую структуру покрытия. При этом могут изменяться самые различные свойства покрыДля дополнительного снижения тангенса угла диэлектрических потерь в качестве вспомогательного плазмообрззующего газа используют тетрафторэтилен. Одновременно оказалось, что введение тетрафторзтилена существенно понижает потенциал зажигания тлеющего разряда по сравнению с аргоном и другими газами и стабилизирует сам электрический разряд по сравнению с разрядом в аргоне (стабилизируется ток, исчезает "искрение" на электродах, вызывающее броски тока).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Формировали вторичные покрытия на металлических подложках путем воздействия на свободные пленки полип-ксилилена излучением лазера на углекислом газе типа ЛГ-22 в вакуумной камере. Для возбуждения тлеющего разряда между мишенью и покрываемым образцом устанавливали два кольцевых электрода диаметром 40 мм на расстоянии 50 мм, на

6 которые подавали постоянное или переменное (частотой.35 кГц) напряжение 2...4 к8 (на холостом ходу). Откачивали камеру до давления 3 мПа, после чего клапан откачки перекрывали и напускали вспомогательный

"0 газ до давления 1,4„,20 Па. После зажигачия разряда устанавливали силдтока в соответствии с параметром . ЧЗ/Рср= 0,6...4,5 мкА м/Вт и подавали распыляющий лазерный луч на мишень, 8 процессе распыле15 ния давление поддерживали в указанных пределах путем изменения проходного сечения откачки с помощью клапана при фиксированном расходе вспомогательного ллззмообраэующего газа. При формировании покры20 тий без использования вспомогательного газа (по способу-прототипу) распыление лазерным лучом начинали сразу после перекрывания клапана и вели до достижения давления, при котором загорался тлеющий разряд (4...20 Па). После этого сохраняли установившийся режим распыления, а давление поддерживали в указанных пределах путем изменения проходного сечения откачки клапаном.

Параметр $/Рср изменяли путем изменения тока разряда и мощности лазера для двух значений площади кратера распыления (сечение луча изменяли путем введения диафрагмы).

8 сформированных покрытиях определяли тангенс угла диэлектрических потерь, краевой угол смачивания поверхности дистиллированной водой и прочность покрытий, которую характеризовали показателем, равным отношению минимальной нормальной нагрузки на индентор, при которой происходит сдвиг покрытия с подложки, к ширине рабочей части индентора.

Режимы нанесения покрытий и результаты испытаний приведены в табл, 1 и 2.

Результаты испытаний показывают, что предлагаемый способ обеспечивает существенно более высокую прочность покрытий (опыты 2-6 в табл. 1 и 2). При этом введение вспомогательного газа перед началом распыления весьма существенно, Введение его после начала распыления и зажигания разряда приводит к формированию покрытий с показателем прочности значительно меньшим, чем по пред1агаемому способу, Границы диапазона оптимальных значений давления газа определяются с одной стороны воэможностью зажигания разряда (нижняя граница) — 1,4

Па для тетрафторэтилена, а с другой — дав1819687

f S/Р я 0,6-4,5 мкА М/Вт.

Таблица 1

Дополнительный газ — аргон

П р и м е ч а н и е. 1) Начальное давление газа в камере — в момент включения лазера, рабочее — в заданном установившемся. режиме нанесения покрытия.

2) При давлении ниже 4 Па разряд не. зажигается.

3) Соответствием критерию "улучшение механической прочности" считали повышение ее в 2,5 раза по сравнению с прототипом. лением. при котором снижается качество покрытий (верхняя граница) — 20 Пэ. Превышение этого значения приводит к формированию матовых покрытий, имеющих видимую при 25-кратном увеличении зернистую структуру и пониженную механическую прочность. Диапазон оптимальных значений эмпирического параметра

1 S/P ð определен по критерию снижения механической прочности при выходе этого. параметра за указанные пределы.

Применение в качестве вспомогательного газа тетрафторэтиленэ приводит к снижению тангенса угла диэлектрических потерь покрытий в сравнении как со способом-прототипом, так и по сравнению с использованием в качестве вспомогательного плазмообразующего газа аргона. Кроме того, применение тетрафторэтилена расширяет диапазон рабочих давлений (снижает нижний предел с 4 до 1,4 Па) и обеспечивает стабильное горение разряда (без колебаний и бросков тока), Формула изобретения

Способ получения покрытия из поли-иксилилена, включающий воздействие на поли-и-ксилилен в вакууме излучением .5 СО-лазера, возбуждение тлеющего разряда в среде продуктов распыления и осаждение их на твердых поверхностях, о т л и ч э ю щ ий с я тем, что, с целью стабилизации зажигания и горения разряда, повышения меха10 нической прочности и снижения тэнгенсэ угла диэлектрических потерь покрытия, перед началом рэспыленйя в камеру вводят вспомогательный плэзмообразующий газ— тетрафторэтилен или аргон до достижения

15 давления 1,4-20 As, после чего зажигают тлеющий разряд в пространстве между мишенью и покрываемой поверхностью и распыляют полимер, поддерживая давление в указанных пределах и силу тока l в преде20 лах, связанных со средней мощностью лазерного излучения Рея и площадью кратера распыления S эмпирическим соотношением

1819687

Таблица 2

Дополнительный газ — тетрафторэтилен

Составитель P.Âàêàð

Техред М.Моргентал

Корректор О.Кравцова

Редактор

Заказ 1996 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

- °

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

fl р и м е ч е н и е. 1) При давлении ниже 1,4 Па разряд не зажигается.

2) Соответствием. критерию. "снижение щ д " считали понижение его на 1/3 по сравнению с прототипом,