Химические способы нанесения металлических покрытий (стр. 2 из 3)
Рейнберг получил равномерную зеркальную поверхность платины, отказавшись от лавандового масла и заменив его раствором хлористого висмута следующего состава: 1 г хлористого висмута растворяют в 20 см* спирта, добавляют 1 см* соляной кислоты и непосредственно перед употреблением весь этот раствор разбавляют спиртом до 120 еж3. Раствор для платинирования можно составить также, смешивая: 3 см* 6% раствора пироксилина в чистом метиловом спирте, 3 см* 6% раствора «хлористой платины» в спирте, 3 см* спирта, 1 еж3 раствора хлористого висмута приведенного выше состава.
Жидкости для нанесения платиновых, золотых, серебряных, иридиевых слоев имеются в продаже под названиями «платиновый блеск», «золотой блеск» и т. д. Состав этих жидкостей значительно более сложен, чем платиновых растворов, указанных выше, поэтому не рекомендуется составлять их в небольших количествах самостоятельно. Кроме благородного металла они содержат висмут, хром и родий. Родий, по-видимому, весьма способствует хорошим качествам слоя, хотя его количество в растворе составляет только 1% по отношению к количеству благородного металла.
Е) Испарение в высоком вакууме
а) Очистка поверхности. Исключительно хорошая очистка поверхности-, служащей для осаждения металлического слоя, является залогом высокого качества слоя и его прочного прилипания. И тому и другому вредят главным образом жирные загрязнения.
Поверхность стекла или кварца, очищенную обычными химическими приемами и промытую в воде, затем протирают очень чистой ватой, смоченной в перекиси водорода, после чего продолжают протирать поверхность сухой ватой до тех пор, пока появившийся на ней налет конденсирующихся водяных паров не будет тут же испаряться.
Еще более эффективной очистки можно достичь при помощи тлеющего разряда, пользуясь прибором для испарения металлов, но при соответствующем разрежении. Для этого в приборе следует установить вспомогательный катод на расстоянии нескольких сантиметров от очищаемой поверхности так, чтобы катодпые лучи при разряде падали па нее. Сила разрядного тока около 15 ма, в прибор следует вводить какой-либо благородный газ. Очищающее действие на поверхность, подготовляемую для осаждения, производит также ее нагревание до 200°С в том же приборе очищаемая поверхность при этом должна иметь более высокую температуру по сравнению со всем, что находится внутри прибора.
б) Вакуум. Хороший вакуум является основным предварительным условием для успешного получения металлических слоев методом испарения. Давление в приборе должно быть настолько малым, чтобы испаряющиеся атомы металла на пути к поверхности, где они осаждаются, по возможности не испытывали столкновений с частицами оставшегося газа. Давление ни в коем случае не должно превышать 10~4мм рт. ст. В противном случае получают плохо держащиеся на поверхности слои невысокого качества.
Следовательно, при конструировании вакуумной установки необходимо обратить внимание на то, чтобы работа насосов и поперечные сечения трубопроводов были достаточными для быстрого откачивания всех газов, освобождающихся при нагревании и испарении металлов. Эти газовые потоки не должны перекрывать участка, где происходит испарение и осаждение металла. Ртутные пары необходимо вымораживать; при осаждении алюминиевых слоев необходимо охлаждение по крайней мере жидким азотом, при осаждении серебряных слоев достаточно охлаждения до —80° С.
В качестве вакуумных сосудов могут служить стеклянный колокол, цилиндрический стеклянный сосуд или резервуар.
В качестве уплотняющего вещества для плоскошлпфованных поверхностей может служить апьезоновый воск, можно применять также пластичные материалы с малым давлением паров. Места токоподводов при больших силах тока следует обеспечить водяным охлаждением.
в) Испарение. Перед началом испарения необходимо провести предварительную очистку металла; для этого можно: 1) прокаливай, металл в течение 5 минут, при этом поверхность, покрываемую металлом, необходимо защитить экраном, 2) применить тлеющий разряд в водороде, для этого потребуется положить 2000 в между испарителем и нижней плитой прибора.
Испарение в высоком вакууме можно применять для всех металлов, а также для многих металлоидов и соединений.
Испарение происходит с накаленных проволок и полосок фольги илп из накаленных тиглей. Для накала можно применять электрический ток и электронную бомбардировку или пользоваться индукциопными печами.
Большинство веществ, нагреваемых в вакууме, выделяют плотные пары еще при плавлении; иногда достаточное давление паров получается при температурах даже ниже точки плавления. Для получения слоев металла нормальной толщины необходимо в течение соответствующего времени поддерживать давление около 10-2мм рт.ст. Для этого необходимы, например, такие температуры: Ag: 1047°, Al: 996°, Au: 1465°, В: 1355°, Ba: 629°, С: 2681°, Ca: 605°, Со: 1649°, Cr: 1205°, Cs: 153°, Cu: 1273°, Fe: 1447°, Hg: 48°, Ir: 2556°, Mn: 980°, Mo: 2533°, Na: 291°, Ni: 1510°, Pb: 718°, Pt: 2090°, Rh: 2149°, Ru: 2431°, Si: 1343°, Sn: 1189°, Y: 1888°, W: 3309°. Более высокие давления резко снижают качество слоя. Если в качестве испарителя применяются проволоки, то они должны иметь толщину от 0,1 до 1 мм.
Форма а пригодна для металлов, хорошо смачивающих испаритель. Расплавленный металл образует каплю, которая может свободно испускать атомы во все стороны. В случае, если необходимо испарять Ag с W1 то вокруг вольфрамовой проволоки делают несколько витков очень тонкой платиновой проволоки, а затем толстой серебряной проволоки; последняя сплавляется в каплю и хорошо удерживается.
При формах б и е следует следить за тем, чтобы расплавленный металл замыкал накоротко большую часть пути тока. Нагревание происходит тогда главным образом на прямых подводящих участках. Если несущая проволока слишком тонка, то эти участки могут перегреваться, что приводит к заметному испарению металла несущей проволоки. Металлы, плавящиеся при температуре свыше 2300° С, наносят на проволоку электролитическим путем.
Рис. 2. Формы проволочных испарителей
Тигли и фольга требуют подвода большой энергии, следствием чего является большое выделение газа. Требуются токи от 400 до 800 а. Тигли можно нагревать бомбардировкой электронами с энергией 4000 ее при силе тока 100 ма; источником электронов служит спираль, раскаленная до 3500° С.
Al и W образуют сплав, который делает W хрупким. Предотвратить это можно посредством кашицеобразной массы вз ThO2 и 0,1% раствора ThCl4 или с помощью порошка А1гОз, смешанного с нитро-целлюлозным связующим; их наносят на W и нагревают в вакууме или в атмосфере H2 до температуры 1700° С. Вольфрамовые проволоки диаметром 1 мм могут все же выдержать несколько испарений алюминия. Mo менее подвержен воздействию Al. Расплавленный Al сначала обычно бывает покрыт пленкой окисла, которая мешает испарению. Только при достаточно значительном повышении температуры пленка окисла разрывается, после чего начинается испарение.
Сплавы, вследствие различного давления паров составляющих их частей, не удается испарять так просто, как чистые металлы. Для того чтобы получить слой сплава желаемой толщины и состава, необходимо точно дозированное количество сплава мгновенно довести до очень высокой температуры. Другие краткие указания см..
г) Прочность прилипания металлического слоя к поверхности, на которой он осажден испарением, зависит от вещества, вакуума, температуры испарения и чистоты поверхности Имеются указания на то, что если во время испарения между испарителем и корпусом прибора наложить высокое напряжение, так что возникает люминесценция паров, то достигается более прочное прилипание к поверхности.
Особенно прочно прилипает Cr к стеклу и кварцу. Поэтому можно сначала нанести испарением слой Cr, толщиной не менее 300 А, затем на него отложить слой желаемого металла; таким путем достигается особенно прочное прилипание.
д) Предохранение слоев, полученных испарением. Слои, полученные испарением, в особенности когда они еще свежие, весьма чувствительны к механическим и химическим воздействиям. Серебряные слои упрочняются при старении; этот процесс можно ускорить и усилить воздействием паров H2O2. Al покрывается на воздухе очень тонкой пленкой окиси, которая является прекрасным защитным слоем, не снижающим заметно оптических свойств Al.
Весьма эффективным средством для сохранения отражательных свойств металлических слоев служат слои Si, SiO, плавленого кварца, плавикового шпата, галогепидов щелочных металлов и AgCl; эти слои наносятся на металлический слой также испарением в вакууме.
Если нанести несколько таких прозрачных' слоев, то при соответствующем выборе коэффициентов преломления слоев можно повысить отражательную способность металлической поверхности.
е) Еще несколько полезных указаний. Слои очень равномерной толщины или слои с заранее установленным распределением толщин можно получать: 1) если пользоваться несколькими испарителями, 2) если поверхность, на которой осаждается слой, перемещать в вакууме и 3) если между испарителем и поверхностью осаждения поместить вращающийся диск с вырезанным сектором.