Cтраница 3
Из рис. 81 следует, что в начальной стадии испарения кривые концентрации компонентов в покрытии идут параллельно оси абсцисс. Это означает, что в этот период формируется покрытие с однородным по толщине составом. Таким образом, метод испарения сплава из одного источника может обеспечить получение заданного состава в покрытии, если испарять не всю навеску, а только 5 - 10 % содержимого тигля. [31]
При испарении сплавов из одного источника степень фракционирования уменьшается с увеличением температуры. Метод заключается в том, что частицы мелкораздробленного материала ( сплава необходимого состава или смеси компонентов) равномерно или небольшими дискретными порциями подаются в испаритель, разогретый до температуры, которая заведомо выше температуры интенсивного испарения самого труднолетучего компонента сплава. Происходит быстрое ( взрывное) испарение сплава, вследствие чего состав пара над испарителем и конденсата идентичен составу подаваемого материала, независимо от соотношения упругостей паров компонентов. Температура подложки выбирается такой, чтобы обеспечить высокую поверхностную подвижность атомов и в то же время не допустить реиспарения металла. [32]
Из практики рафинирования металлов в вакууме известно, что эффективность разделения компонентов тем выше, чем ниже температура испарения. При нанесении покрытий из сплавов, когда необходимо сохранить исходный состав сплава в покрытии, следует, наоборот, стремиться к повышению температуры, так как при этом различие в скоростях испарения компонентов уменьшается. Авторы работ [61, 62], исследуя объемную конденсацию при испарении сплавов в среде аргона установили, что для каждого сплава существует такая температура испарения, при которой составы конденсата и исходного сплава практически одинаковы. [33]
Получение латунных покрытий в вакууме представляет собой довольно сложную и до конца не решенную задачу. Основная причина этого заключается в резком различии летучести Си и Zn при нагреве. Скорость испарения Zn на несколько порядков выше скорости испарения Си, поэтому при испарении сплава из одного тигля наблюдается сильное фракционирование. Интересно отметить, что некоторые примеси в латуни еще больше увеличивают летучесть цинка. Так, давление паров Zn над сплавом 90 % Си - 10 % Zn составляет 133 Па, а над сплавом 85 5 % Си - 10 % Zn - 4 5 % А1 при той же температуре - 266 Па. Подобное влияние оказывает также добавка РЬ к сплаву цинка с оловом. [34]
Температуры, приведенные на диаграмме, соответствуют температурам подложек в процессе осаждения компонентов покрытия. Штриховкой выделена необычная трехфазная область. В [92] обращается внимание на различие фазового состава покрытий, полученных соосаждением компонентов и при испарении сплавов. [35]
Известно, что сплавы часто обладают лучшими свойствами, чем чистые металлы. Это в полной мере относится не только к массивным материалам, но и к покрытиям. Вследствие своей универсальности и высокой производительности метод испарения и конденсации в вакууме имеет существенные преимущества перед электролитическим при нанесении покрытий из сплавов. Вместе с тем испарение сплавов обладает рядом особенностей по сравнению с испарением чистых металлов, которые необходимо учитывать при разработке технологии нанесения покрытий из сплавов и конструировании установок для этих целей. [36]
Типичная напылительная установка показана на фиг. Распыляемый материал нагревается до температуры испарения. Между источником металла и поверхностью полупроводника имеется специальный экран для защиты от любых загрязнений, которые могут находиться на поверхности металла и которые испаряются раньше его. После удаления загрязнений экран сдвигается и начинается напыление. При испарении сплавов золота с сурьмой следует учитывать, что сурьма имеет более высокое давление насыщенных паров, чем золото, и, следовательно, еще во время предварительного прогрева большая часть ее может испариться. Установлено, что сурьма, содержащаяся в сплаве с золотом, может полностью испаряться при температурах, близких к точке плавления золота. [37]
Эти материалы применяют для оснащения высоковольтных масляных и сверхмощных выключателей, различного рода контакторов - пускателей. Для коммутации больших токов ( до 400 а в вакууме) используют контакты с вольфрамони-келевой облицовкой и медным телом. Облицовочные покрытия из вольф-рамоникелевого сплава изготовляют методом порошковой металлургии. При двухфазной микроструктуре сплава округлые зерна фазы на основе вольфрама связаны фазой на основе никеля. Отсутствие газонаполненных пор, небольшая скорость испарения сплава в целом обеспечивают высокую эрозионную стойкость контактов при многократном отключении тока в вакууме. Проволочные контакты на основе серебра и никеля ( марки АНС-70) служат как разрывными, так и скользящими контактами, эксплуатируемыми в области токов от десятых долей до десятков ампер в тяжелых климатических условиях. [38]
Из сказанного следует, что при любой заданной температуре давление пара сплава должно быть ниже, чем давление пара чистого металла, и в первом приближении определяться по закону Рауля. Приводимые в работе Дэшмана [8 ] примеры иллюстрируют эту закономерность. С давления паров железа и никеля при нагреве сплава должны быть соответственно равны 1 10 - 4 и 3 - 10 - 5 мм рт. ст. Полагая справедливым действие закона Рауля, считаем, что давления паров железа и никеля при нагреве сплава должны быть равны соответственно 7 5 - 10 - 4 и 8 - 10 - Б мм рт. ст. Из этого можно сделать вывод, что железо будет испаряться примерно в 10 раз быстрее, чем никель. Отсутствие достоверных экспериментальных данных о скоростях испарения компонентов сплавов тугоплавких металлов, а также сложных систем позволяет пока считать, что ориентировочные данные о закономерностях испарения сплавов при нагреве в вакууме могут быть получены только на основе закона Рауля. При этом следует еще раз подчеркнуть, что закон Рауля можно применять только для сплавов, являющихся в исследуемом интервале температур твердыми растворами. Если же второй компонент сплава ( даже при небольшом его содержании в сплаве) не образует с основным металлом твердого раствора, а находится в виде включений второй фазы, то к такому сплаву рассмотренный закон не может быть применен. [39]