Способ получения пленки алюминия

(И) Испозеркатхимической физики АН ретеещтермическим3 Манепис ГБНе- гидрида ааПЛЕНКИ АЛЮМИПОЛУ Ч 6 НИЯДьюара, в произвдр, Сущно стае дложку наносят льватированноГОС. Адгезионная 1103 ю/см. 3 СОЮЗ СОВЕТСВИХсОПНАлистнчизих РеспуБзпптГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ. ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) .дг) ОПИСАНИЕ ИЗОБк йвторско свЮетельс 1(72) Жевлакова ОВКедровмцев ГГНечипоренко Г,Н.(М) Сй ПОЛУЧЕНИЯНИЯ льзование: дпя йа в сосудах оптике, эпектромве пленку алюминия разпожение оминия при 300 пп 6 нки на ст 6 кпе5 реакционноспасабное, поэтому алюминиравание необходимо проводить в инертной среде, предпочтительно в вакууме, Установлено,10 20 25 ЗО 35 40 Изобретение относится к металпизацииповерхностей твердых тел, в частности получения алюминиевых пленок иа различныхтвердых материалах, например, иа стекле,металле, керамике и т,. и., и мажет быть использована для получения. зеркальных алюминиевых поверхностей в сосудах Дьюара, втом числе бытовых термосов, вместо дорогостоящего и дефицитного серебра, в производстве зеркал, в оптике, электронике и др,Целью изобретения является улучшение качества получаемой пленки, упрощение процесса и его ускорение, снижениепожароопасности и экологической вредно.сти процесса. .1Укаэанная цель достигается тем, что вспособе получения алюминиевой пленки наповерхности твердой подложки термическому разложению подвергают йесольватированиый гидрид ал юминия (Н ГА).НГА представляет собой неорганический полимер. НГА в инертное навоздухепри комнатной температуре порошкообразное кристаллическое вещество с размеромчастиц 5 - ЗО мкм и плотностью 1,4 - 1,5г/см, Содержание алюминия в НГА является рекордным для соединений алюминия исоставляет 90% (вес,). НГА быстро оазлагается на элементы при температурахвыше100 С. Продукты его распада, металлический алюминий и водород, не представляютэкологической опасности.Химический состав НГА(алюминий и водород) обеспечивает при термараспаде этогосоединения получение металлического алю-.миния высокой чистоты. Зта обстоятельстволежит в основе высокого качества алюминиевых пленок, полученных термическим разложением НГА,Толщина алюминиевой пленки, полученной термическим разложением НГА на твердой поверхности, определяется количеством(массой) разложившегося на ней НГА и можетварьироваться в широких пределах: от десятых далей микрона до десятков микрон,Предлагаемый способ получения алюминиевых пленок основан на обнаруженномуникальном свойстве НГА, заключающемся втом, что при повышенных температурах (выше 250 С) происходит деполимеризацияНГА; при этом твердый НГА превращается вгазообразный гидрид алюминия, разлагающийся на твердой подложке с образованиемаломиниевай пленки, Этот газофазный процесс обеспечивает воэможность получениякачественных пленок алюминия на поверхности твердых гел сложных геометрическихформ, При низких температурах депалимеризации НГА ие происходит, и продуктом еготермического разложения в этих условиях является металлический алюминий в видпарашка.В отличие ат кристаллического НГА газообразный гидрид алюминия - вещество очень что остаточное давление воздуха в реакторе не превышающее 0,5 мм рт. стпрактически не влияет на качество получаемого покрытия, В случаях, когда в герметичном объеме реакторэ в результате расположения НГА могут развиться большие давления водорода, оказывается удобным проводить процесс алюминирования при непрерывной откачке реактора форвакуумным насосом, Следует отметить, что процесс пленкообразования протекает очень быстро. Пленка алюминия образуется через 1 - 2 с после контакта Н ГА с твердой подложкой. Нанесение алюминиевой пленки на поверхность твердого тела проводилось в цилиндрическом реакторе, нижняя часть которого прогревалась до необходимой температуры в электропечи. В горячей части реактора находился предмет, иа поверхность которого следовало нанести алюминиевую пленку. В холодной части реактора расположена ампула с навеской НГА, После прогрева реактора до необходимой температуры и откачки из него воздуха проводили ссыпание парашка НГА из ампулы в горячую часть реактара как при непрерывной откачке реактора, так и в герметичных условиях. Время, затрачиваемое на проведение процесса, определялось скоростью подачи НГА в горячую зону и составляло от нескольких секунд до нескольких минут.Как видно, в отличие от прототипа, в данном способе имеется один высакотемпературный узел, чта, безусловно, также упрощает процесс алюминираваиия.Нанесение алюминиевой пленки иа стекла с целью полученияплоского зеркала. В нижнюю часть реактора помещаласьпара стеклянных пластин размером 75 х 25 х 2 мм, скрепленных между собой провалачками после наложения их друг на друга большими плоскостями, После нагрева пластин до необходимой температуры реактор вакуумировали форнасосом до давления не выше 0,5 мм рт,ст. и в горячую зону сбрасывали 0,05 г порошка НГА. Сразу же на стеклянных пластинах образовывалось алюминиевое покрытие. После откачки водорода и охлаждения реактора в него напускали воздух, вскрывали реактор и извлекали стеклянные пластины, после разделения которых получали два плоских алюминиевых зеркала,Необходимо отметить характерную особенность этого процесса, заключающуюся втом, то с псвышением температуры термического рагпада НГА уменьшается доля гвердофаэного канала разложения вещества, приводящего к получению металлического алюминия в виде порошка, и увеличивается доля газофазного распада НГА, результатом которого является образование пленки металлического алюминия.П р и м е р 1, Температура подложки (стекл я н н ых пластин) 220 О С. Н ГА разлагается с образованием алюминия в виде рыхлого серого порошка, легко ссыпающегося с поверхности стеклянных пластин, Алюминиевой пленки не образуется,П р и м е р 2. Температура подложки 260 С. При этой температуре разложения НГА наблюдается образование элементов зеркальной поверхности, неоднородных по плотности. Максимальная плотность алюминиевого покрытия образуется в местах непосредственного контакта порошка НГА с поверхностью стеклянной пластины, Однако, основная часть твердого продукта разложения НГА, алюминия, образуется в виде рыхлого порошка.П р и м е р 3. Температура подложки 300 С, При этой температуре разложение НГА приводит к образованию плотного однородного алюминиевого зеркала, Доля порошкообразного алюминия. не связанного с поверхностью стекла, составляет около 10 от взятбй навески НГА.П р и м е р 4. Температура подложки П р и м е р 5. Температура подложки 450 С,П р и м е р 6, Температура подложки 500 С.П р и м е р 7. Температура подложки 550 С.В примерах 3-7 получают качественное алюминиевое покрытие на всей поверхности стеклянных пластин в виде зеркала равномерной оптической плотности с высокой отражающей способностью (коэффициент зеркального отражения в видимой области спектра не ниже 0,85). В этих примерах порошкообразный алюминий составляет незначительную, уменьшающуюся с повышением температуры, часть,Воэможность получения качественного зеркального алюминиевого покрытия на стекле при температурах выше 550 С ограничена физическими и химическими свойствами подложки: при этих температурах происходит размягчение стекла, а также частичное восстановление гидридом алюминия кремния до элементарного состояния, что приводит к ухудшению отражательных свойств получаемых алюминиевых пленок.ем.1Согласнб существующим ТУ на. бытовыетермоса с серебряным покрытием артикулов 8721 и 8723, теплофизические свойства 35 (качество) сосудов Дьюара определяютсятемпературой горячей воды (96 С), залитой в Дьюар, через одни сутки. При этом сосуды считаются качественными, если температура воды через сутки окажется для иэделий 40 артикула 8721 (однолитровый термос с узким горлом) не ниже 53-55 С, а для термосов артикула 8723 (однолитровый термос с широким горлом) - не ниже 42-45 С. Эта методика была использована для определения 45 теплофизических свойств сосудов Дьюара.Для идентичности вакуумных условий все сосудыДьюара с разными покрытиями припаивались на одну вакуумную гребенку, непрерывно Откачиваемую диффузионным 50 насосом до остаточного давления 5,10 ммрт,ст.В табл,2 приведены сравнительные результаты теплофизических испытаний.Как видно из табл,2 теплофизическиесвойства сосудов Дьюара с алюминиевым покрытием по предлагаемому способу несколько уступают Дьюарам с серебряным покрытием, но полностью удовлетворяют требованиям ТУ, предъявляемым к бытовым термосам, Й то же время качество Дьюарое,10 152025 30 Нанесение алюминиевой пленки на стеклянную поверхность сложной конфигу. рации (алюминирование сосудое Дьюара).В опытах по алюминированию внутренних поверхностей сосудов Дьюара горячей частью реактора являлся сам сосуд Дьюара, который целиком помещался в электропечь и нагревался до необходимой температуры. Для алюминирования порошок НГА ссыпался непосредственно во внутренний межствночный объем нагретого вакуумированного сосуда Дьюара при непрерывной откачке фореакуумным насосом. Время, необходимое для алюминирования сосуда, составляет 0,5-2 мин ( в зависимости от размерасосуда Дьюара),. В табл.1 приведены данные по влиянию температуры и расходуемых количеств НГА на качество зеркального покрытия поверхностей сосудов Дьюара разных размеров,где О 1- внутренний диаметр сосуда, мм; 02 - внешний диаметр сосуда, мм; Н - высота сосуда Дьюара, мм; 5 - величина общей внутренней поверхности, подлежащей алюминированию, см; Т - температура стенок2,Дьюара, ОС; е - количество использованного НГА в разовом опыте, г; и - расход НГА на ед. площади поверхности, мгсм,гОпределение теплофизических свойств сосудов Дьюара с алюминиевым покрыти 1798997эпюминированных термическим разложением ДИБАГ, является неудовлетворительным,Нанесение алюминиевого покрытия нэкерамику. 5Было проведено алюминирование керамических изделий трех видов: плитки размером 20 х 40 х 20 мм, трубки длиной 380 мм,внешним диаметром 4 мм, внутренним диаметром 2 мм, диска диаметром 25 мм и толщиной 3 мм, Аломинирование проводилипри 320-550 С, Полученные алюминиевыепокрытия обладали отличной адгезией к керамической подложке и электропроводностью на всех участках поверхности, 15Алюминированные керамические изделияимели внешний вид предметов иэ металлического алюминия.Нанесение алюминиевой пленки на ме-таллы. 20Алюминирование металлических проводов диаметром 0,6-1,0 мм из меди, железаи нихрома проводили при 375 С, Независимо от природы металла конечные изделияимели одинаковый серебристый цвет,Пленка алюминия обладала прочным сцеплением с металлом-подложкой и не отслаивалась от него при многократном изгибаниипроволоки вплоть до ее излома.Алюминирование массивных металлических предметов из нержавеющей стали,латуни и меди проводили при 400-550 С.Металлические предметы представляли со-бой параллелепипеды с площадью поверхности Около 5 см . Расходы НГА составляли 3521 мг на 1 см поверхности, После алюминирования металлические предметы, независимо от природы металла, имелиодинаковый внешний вид.Определение адгезионной прочностиалюминиевых пленок. нанесенных на металлические и стеклянные подложки, былопроведено согласно ГОСТ 27890-88 измерением силы, необходимой для отрыва пленкив направлении, перпендикулярном ее поверхности. Образцы для испытания получали склеиванием двух стальных основанийпрямоугольной формы с площадью 4,92 см,2на которые предварительно наносились алюминиевые пленки (для определения прочности адгезии алюминиевой пленки к стали).Дпя определения прочности эдгеэии пленкик стеклу испытуемый образец (стекляннаяпластина толщиной 2,5 мм, покрытая с двух сторон эпоминиевой пленкой) помещался между двумя стальными основаниями прямоугольной формы и приклеивался к ним,Скпеивэние проводилось эпоксиднымклеем, состоящем из следующих компонентов: смоля эпоксидно диосновная неотверденная марки ЗД(ГОСТ 10587): Отверди. тель - попиэтиленпопиэмин с масговой долей аминогрупп 8-12 мэс (ТУ 6-02-594); наполнитель -окись алюминия (по Брокману П, нейтральная) в количестве 1;1 к весу смолы,Отверждение образцов проводили под нагрузкой 10 кг/см при 25 С в течение одних суток, а затем - при 65 С в течение 1,5 сут. Предел прочности материала клеевого соединения при разрыве составлял 203-208 кг/см,Испытание образцов на адгезионную прочность проводили при температуре 22+2 С и относительной.влажности 35.50 на разрывной машине марки 1958 К-1 (машина универсальная для испытания материалов) в.режиме постепенного нарастания нагрузки до разрыва образца. При этом фиксировали нагрузку, при которой происходило разрушение образца, после чего последний подвергали визуальномуосмотру с целью определения характера разрушейия,Результаты измерения адгезио.нной прочноСти алюминиевых пленок к стали и стеклу приведены в табл,3,Судя по характеру разрушения образ.- цов адгезиойная прочность к стеклу алюминиевых пленок, полученных преулагаемым. способом, превышает 110 кг/см (при этих нагрузках отрыва алюминиевой пленки от стекла не происходит), Таким образом, адгезионная прочность к нержавеющей стали и стеклу у алюминиевых пленок, полученных предлагаемым способом, в несколько раз выше, чем аналогичные показатели алюминиевых пленок, полученных разложением паров ДИБАГ (по прототипу).Нанесение алюминиевого покрытия на стеклоткан ь:Кусок стеклоткани размером 20 х 40 мм подвергали алюминированию при 360- 4000 С, Исходная ткань белого цвета после нанесения алюминия приобретала светлосерый металлический цвет. Алюминиевое покрытие прочно удерживалось на стекло- волокне и не осыпалось при сминании ткани, Алюминированная стеклоткань становилась электроп роводящей.Использование предлагаемого способа получения алюминиевой пленки на поверхности твердой подложки обеспечивает по сравнению с существующими способами значительную технико-экономическую эффективность, связанную с высоким качеством покрытия, упрощением технологии процесса и его ускорением, гарантированной экологической чистотой производства. возможностью1798997 Таблица 1 Влияние температуры и расхода НГА на качество алюминиевого покрытия стекляных сосудов Дьюара разных размеровнанесения алюминиевой пленки на подложку любой геометрической формы.При использовании данного способа алюминирования в производстве сосудов Дьюара (бытовых термосов) появляется воэможность замены дорогостоящего дефицитного серебра на существенно более дешевый алюминий при практически одинаковых теплофизических характеристиках изделий).(56) Авторское свидетельство СССРМ 176052, кл. С ОЗ С 17/12, 1963,Алпатова Н,Н. и др, Комплексы металлоорганических, гидридных и галоидных со 5 единений алюминия, М,; Наука, 1970,с,224-262.Авторское свидетельство СССРМ 125994, кл. С ОЗ С 17/22, 1960.Сборник. Алюминийорганические сое 10 динения /Под ред, А,Ф.Жигача, М.: ИЛ,1962, с.273-274.1713197 таблица 2 Результаты теплофизических испытаний сосудов Дьюара с разными металлическими температура окружающей среды 22,5 С) Алюминиевая пленка получена термическим разлож нагретых до 335-340 С сосудов Дьюара; вещество и ием паров ДИБАГ на поверхностипаряли в вакууме при 160 ОС.Т а блиц а 3 ионную прочность алюминиевых плено к стали и стеклу таний на а т тери арактер разрушения образца особ алюминирования кг Отрыв пленкстали,0 5 Разложение паов ДИБАГ прототип) ерж. стал А. сталь 90,5 Г зло ри 500 ОС азложение па 16,3 рыв пленки о тек БА ек 110,Е 3 али 0.-1 зложение НГА при 500 Секл пленки алюми я Разложенпри 375 ров ДИРазложен ие НГА5 оС олщина плен ки, мкмрыв эпоксидного клея от Отрыв эпоксидного клея отФормула изобретения Составитель В, КедровТехред М,Моргентал Корректор М, Самборская Редактор Е. Ходакова Заказ 325 Тираж ПодписноеНПО "Поиск" Роспатента113035, Москва. Ж, Рэушская нэб., 4/5т Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКИ АЛЮМИНИЯ на поверхности твердой подложки путем термического разложения алюминийсодержащего соединения, отличаю- . щийся тем. что, с целью улучшения качества получаемой пленки, упрощения процесса и его ускорения, снижения помароопьсности и экологической вредности; термическому разложению подвергают несольватированнмй гидрад алюминия при 300-550 С,