X. Kémiai gőzfázisú rétegleválasztás (CVD). Króm-karbid keménybevonat előállítása



Hasonló dokumentumok
Szepes László ELTE Kémiai Intézet

Hőkezelő technológia tervezése

Vákuumtechnika Preparatív vákuum-rendszerek (elővákuum felhasználása) Csonka István Frigyes Dávid

7.3. Plazmasugaras megmunkálások

Felületmódosító technológiák

Anyagválasztás dugattyúcsaphoz

SiAlON. , TiC, TiN, B 4 O 3

KÉMIA FELVÉTELI DOLGOZAT

Vékonyrétegek - általános követelmények

Kerámia, üveg és fém-kerámia implantátumok

Anyagfelvitellel járó felületi technológiák 2. rész

Az anyagok változásai 7. osztály

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK Fémek technológiája

A vizsgált anyag ellenállása az adott geometriájú szúrószerszám behatolásával szemben, Mérnöki alapismeretek és biztonságtechnika

Anyagismeret tételek

dr. Sipos Sándor dr. Sipos Sándor

passion for precision Sphero-X simítás és nagyolás 40 és 70 HRC között

Kémia Fizika 7-8. osztály. I. Nobel-díjasok (kb. 25 perc)

MEMS, szenzorok. Tóth Tünde Anyagtudomány MSc

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

ÜVEG FIZIKAI TULAJDONSÁGAI,

Olefingyártás indító lépése

Acélok II. Készítette: Torma György

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Szénszálak és szén nanocsövek

Szárazjeges tisztítás hatásai hegesztő szerszámokon 2012 GESTAMP 0

1. Az acélok felhasználási szempontból csoportosítható típusai és hőkezelésük ellenőrző vizsgálatai

1. Bevonat készítési technológiák

ELTE Fizikai Intézet. FEI Quanta 3D FEG kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp

7.1. Al2O3 95%+MLG 5% ; 3h; 4000rpm; Etanol; ZrO2 G1 (1312 keverék)

TANULÁSTÁMOGATÓ KÉRDÉSEK AZ 2.KOLLOKVIUMHOZ

Villamosipari anyagismeret. Program, követelmények ősz

2011. tavaszi félév. Élanyagok. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

SF RAILFORCE A kopásálló bevonat fémek felületére

A mikrokeménység-vizsgálat alkalmazása az ipari minőség-ellenőrzés területén

Kerámiák és kompozitok (gyakorlati elokész

SOFIA BLAST KFT Tel.:

High-Soft nyomásközvetítő membrán

Gyógyszertári műszerek és eszközök

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 8. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

Kémia OKTV 2006/2007. II. forduló. A feladatok megoldása

Tartalom: Bevezetés. 1. Karbidok. 1.1 Szilíciumkarbid

Szervetlen, fémorganikus és katalízis gyakorlatok. Függelék. ELTE Kémiai Intézet

Változtatható Keménységű Epoxigyanta, Víztiszta, UV álló

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

2. ábra. 1. ábra. Alumínium-oxid

A HELIOS kémény rendszer. Leírás és összeszerelés

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Curie Kémia Emlékverseny 2018/2019. Országos Döntő 7. évfolyam

AvantGuard : új értelmet ad a korróziógátlásnak.

8. osztály 2 Hevesy verseny, megyei forduló, 2008.

MAGAS ÉLETTARTAM, NAGYOBB TERMELÉKENYSÉG: LUTZ SZÕNYEG- ÉS TEXTILIPARI PENGÉK

Nem gyémánt, nem grafit, fullerén

POLÍROZÁS A SZERSZÁMGYÁRTÁSBAN I. rész.

Badari Andrea Cecília

Lövedékálló védőmellényekben alkalmazott ballisztikai kerámia azonosítása az atomsíkok közti rácssíktávolságok alapján

AER MEDICINALIS. Levegő, gyógyászati

Tömeg (2) kg/darab NYLATRON MC 901 NYLATRON GSM NYLATRON NSM Átmérő tűrései (1) mm. Átmérő mm.

Plazmavágás

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

KIVÁLÓ MINŐSÉG, GYÖNYÖRŰ BEVONAT!

2 modul 3. lecke: Nem-oxid kerámiák

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

VÁLASSZA AZ ADESO ÖNTAPADÓ TECHNOLÓGIÁT ÖNTAPADÓ TECHNOLÓGIA

2. Tantermi Gyakorlat A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata Nyomóvizsgálat, hajlítóvizsgálat, keménységmérés

ACÉLOK MÉRNÖKI ANYAGOK

Hevesy György Országos Kémiaverseny Kerületi forduló február évfolyam

A forgácsolás alapjai

Szepes László ELTE Kémiai Intézet

7. Felületi rétegek kialakítása és kerámiák minősítése

Minitrix NoHAB digitális átalakítása

Anyagszerkezet és vizsgálat

KÉRDÉSEK - MŰSZAKI (TECHNIKAI) ANYAGOK-TKK-2016

Harmadik generációs infra fűtőfilm. forradalmian új fűtési rendszer

1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió

7. osztály 2 Hevesy verseny, megyei forduló, 2004.

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások II / II. félév 2. előadás ÉLANYAGOK. Dr. Szmejkál Attila Ozsváth Péter

LUTZ PENGÉK SZAKIPARI MESTEREMBEREK ÉS SZERSZÁMKERESKEDŐK ÉVTIZEDEK ÓTA BIZTOS VÁLASZTÁSA

Természetes vizek szennyezettségének vizsgálata

XII. Reakciók mikrohullámú térben

Gázelosztó rendszerek üzemeltetése V. rész

HULLÁMPAPÍRLEMEZHEZ HASZNÁLT ALAPPAPÍROK TÍPUSÁNAK AZONOSÍTÁSA KÉMIAI ANALITIKAI MÓDSZERREL. Előadó: Tóth Barnabás és Kalász Ádám

Perifériáknak nevezzük a számítógép központi egységéhez kívülről csatlakozó eszközöket, melyek az adatok ki- vagy bevitelét, illetve megjelenítését

10. előadás Kőzettani bevezetés

Nyomásmérő óra. Gázmenetes rozsdamentes nyomásmérők

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

Veszprémi Egyetem, Ásványolaj- és Széntechnológiai Tanszék

2. Műszaki kerámiák mechanikai és hővezetési tulajdonságai

A LÉGKÖR SZERKEZETE ÉS ÖSSZETÉTELE. Környezetmérnök BSc

Ellenáramú hőcserélő

T I T - M T T. Hevesy György Kémiaverseny. A megyei forduló feladatlapja. 7. osztály. A versenyző jeligéje:... Megye:...

MTA AKI Kíváncsi Kémikus Kutatótábor Kétdimenziós kémia. Balogh Ádám Pósa Szonja Polett. Témavezetők: Klébert Szilvia Mohai Miklós

Acélok nem egyensúlyi átalakulásai

ATOMEMISSZIÓS SPEKTROSZKÓPIA

Átírás:

X. Kémiai gőzfázisú rétegleválasztás (CVD). Króm-karbid keménybevonat előállítása 1. BEVEZETÉS A céltárgy felületének megfelelő módosításával annak állékonyságát és értékét is előnyösen lehet befolyásolni (lásd a festés, szurkozás, aranyozás, zománcozás stb. különféle formáit). A technológia fejlődésével a megfelelő módszerekkel sikerült magának a tömbfázis anyagának eltérő tulajdonságokat biztosítani a felületen: például edzéssel elérhető, hogy egy acéltárgy külseje üvegkeménységű legyen, de belseje megőrizze a szükséges rugalmasságot és szívósságot. Lényeges vonása az említett példáknak, hogy bennük külön válik a tárgy tömbfázisban mutatott sajátságainak kialakítása (alak, fizikai-kémiai jellemzők) a tárgy felületi tulajdonságainak kialakításától (szín, korrózióállóság, keménység, hő- és elektromos vezetőképesség és egyéb jellemzők). A tudományos ismeretek gyarapodása következtében pontosan meghatározhatóvá váltak az elérni kívánt paraméterek, tervezhetővé vált a munkafolyamat, új eljárások és új célok jelentek meg. Csak néhány példa: az acélok klasszikus edzése kiegészült a felület kémiai módosításával: cementálás, nitridálás, boridálás különféle sók és gázok segítségével (ez már a CVD eljárások felé mutat), galvanizálással létrehozható dekoratív, korróziógátló és kemény bevonatok, párologtatással létrehozott vékony fémrétegek (pl. tükrök céljára), a mikroelektronika által megkívánt, különféle tulajdonságú vékonyréteg-mintázatok. A pirolízisnek is kialakult olyan változata, amelyben a pirolízis termék szilárd halmazállapotú. Fontos megemlíteni ebből a szempontból az 1899-től napjainkig alkalmazott Mond-eljárást, amelyben nikkel-tetrakarbonil hőbontásával állítanak elő nagytisztaságú nikkelt. Ezzel egy időben indultak meg a különféle, különlegesen kemény anyagokra irányuló kutatások is. Kemény anyagok Az egyik legkorábban felfedezett ilyen anyag a szilícium-karbid (SiC), melyet először Edison kutatócsoportjában állítottak elő. Ezt követték sorban a további anyagok, mint például a bór-karbid, a bór-nitrid, az aluminium-oxid (korund), a szilícium-nitrid, az átmenetifém (és lantanoida) - karbidok, -nitridek, -boridok és -szilicidek. Széleskörű alkalmazásuk alapján utóbbiak közül a volfrám, a titán, a vanádium és a króm ilyen jellegű vegyületei emelhetők ki. Általában ezeket az anyagokat a kerámiák közé szokták sorolni, bár némelyikük, mint például a króm-karbid, fémesen vezet. Közös jellemzőjük a rendkívül nagy keménység. Összehasonlításképpen egy átlagos acél keménysége nagyjából 1000-2000 N/mm 2, ez megfelelő edzéssel és egyéb eljárásokkal 4000-6000 N/mm 2 értékig fokozható. Ez már eléri, sőt meghaladja az üveg keménységét. Elektrolitikus úton, úgynevezett keménykrómozással leválasztható 9000 N/mm 2 keménységű bevonat is. A fent említett kemény anyagok jellemző keménysége itt kezdődik, és elérheti a 35000 N/mm 2 értéket is (TiB 2 ). Ehhez még egyéb kedvező tulajdonságok is társulnak, ilyenek az igen magas olvadáspont, a kis súrlódás fémfelületeken, a jó hővezetés és a jó kémiai ellenálló képesség. Mindezek rendkívül alkalmassá teszik a szóban forgó anyagokat egy sor speciális alkalmazásra: fémmegmunkáló szerszámok, hő és vegyszerálló berendezések, turbina alkatrészek stb. Magától értetődik azonban, hogy éppen ezek a tulajdonságok teszik nagyon nehézzé a megmunkálásukat. Például a sokszor poralakban rendelkezésre álló anyagokból a magas olvadáspont miatt csak szinterezéssel lehet a kívánt alakú tárgyat előállítani. Ráadásul eredendő ridegségük nem is mindig teszi kívánatossá, hogy a tárgy teljes egészében ilyen fajta anyagból készüljön. Az esetek többségében elegendő lenne a céltárgy felületén létrehozni egy pár mikron vastagságú vékony réteget, ez már biztosítaná a kívánt paramétereket. Ilyen bevonatok leválasztására alkalmasak többek között a PVD (Physical Vapour Deposition) eljárás különféle változatai és az alább ismertetendő CVD technika. (Megjegyzendő, hogy a gyémánt továbbra is az egyik legszélesebb körben felhasznált kemény anyag. A nagy mennyiségben gyártott ipari gyémántokon túl (plazmával segített) CVD eljárással ELTE Kémiai Intézet 1999-2011 1

előállítanak úgynevezett gyémántszerű szén bevonatokat is ( diamondlike carbon coating ), például propilén gázból kiindulva. Hasonlóan más kemény rétegekhez, nem csak a gyémánt keménysége, de kiváló hővezető-képessége (a vörösrézének ötszöröse) is fontos szempont az alkalmazásokban. Ezért használja például a NASA kiterjedten rakéták égésterének és fúvókáinak bevonására.) CVD technikák A klasszikus CVD eljárás a pirolízis egyik válfajának tekinthető, amennyiben valamilyen gáz vagy gázkeverék hőbontásával állítunk elő bevonatot a céltárgy felületén. A folyamat történhet melegfalú reaktorban, mint például a gyakorlaton is alkalmazott berendezés, vagy hidegfalú reaktorban, amikor is a szubsztrátot közvetlenül fűtjük (pl. indukciós úton). A legtöbb esetben vákuumban dolgozunk, a kiindulási (prekurzor) anyagok mennyiségét gázáramlás-szabályozókkal, vagy, mint például a TiCl 4 esetében, gőznyomásuk változtatásával lehet kézben tartani. Íme néhány példa: TiCl 4 + N 2 + H 2 950-1200 C > TiN SiH 4 + N 2 H 4 + H 2 550-1150 C > Si 3 N 4 CrCl 2 + H 2 1000 C > Cr 3 C 2 /Cr 7 C 3 /Cr 23 C 6 (utóbbi esetben az acél szubsztrát széntartalma biztosítja a szenet a karbidképzéshez.) TiCl 4 + SiCl 4 + CCl 4 + H 2 1000 C > Ti-Si-C (többféle fázis) Az alábbiakban bemutatunk néhány CVD reaktort. X./1. ábra Hidegfalú CVD berendezés Ti-B-N bevonatok leválasztására. A TiCl 4 párologtató H 2 vivőgázzal, B BCl 3 párologtató H 2 vivőgázzal, C N 2 bevezetés, D keverő egység, E indukciós fűtésű CVD reaktor, F kifagyasztó csapdák, G csatlakozás a vákumrendszerhez X./2. ábra ZrC+C bevonat leválasztása melegfalú CVD berendezésben. 1 argon, hidrogén és metán bevezetés, 2 argon és bróm bevezetés, 3 csapda, 4 Zr háló, S hordozó (szubsztrát). ELTE Kémiai Intézet 1999-2011 2

X./3. ábra Ellenállás fűtésű (A) és indukciós fűtésű (B) hidegfalú CVD reaktorok. 1 hőmérsékletmérés, 2 fűtőelemek, 3 szubsztrátok, 4 a prekurzorok bevezetése, 5 kiáramlás/elszívás Bevonatleválasztásnál alkalmazott technikai megoldások Az eddig áttekintett eljárásoknak az az egyik nagy hátránya, hogy az alkalmazott prekurzorok miatt a réteg leválasztása magas hőmérsékleten történik, ami például azt eredményezheti, hogy a hordozó acél hőkezelését meg kell ismételni a bevonat leválasztása után. Problémát okozhat továbbá a réteg és a hordozó eltérő hőtágulása is. A problémák nagy része kiküszöbölhető, ha a hőmérsékletet 500 C alá tudjuk csökkenteni. A mikroelektronikai felhasználás még alacsonyabb, maximum 300 C hőmérsékletet enged meg. Arra is ügyelni kell, hogy halogének ne épüljenek be a bevonatba, mert károsan befolyásolják annak jellemzőit. A leválasztási hőmérséklet csökkentésére több út is kínálkozik. A PECVD/PACVD (Plasma Enchanced/Assisted CVD) a hidegplazmának azt a tulajdonságát használja ki, hogy abban az elektronok effektív hőmérséklete jóval nagyobb, mint az ionok/molekulák hőmérséklete, így a céltárgy hevítése nélkül is elérhető a prekurzor molekulák bomlása és a bevonat kialakítása. Például a TiN már 550 C-on is leválasztható ezzel a módszerrel. A hidegplazma többek között mikrohullámú térrel állítható elő. A PCVD (Photo CVD) eljárás során a prekurzor molekulák megfelelő hullámhosszúságú fénnyel történő megvilágítása eredményezi a bomlást és a bevonat kialakulását. Energetikailag sajnos ez sok esetben a vákuum-uv tartományt jelenti, annak minden nehézségével együtt. A LACVD (Laser Assisted CVD) berendezésben nagyteljesítményű lézernyalábbal a szubsztrátnak csak egy kis felületdarabját melegítjük a szükséges hőmérsékletre, így mintázatok is előállíthatóak. A probléma kémiai megközelítését jelenti az MOCVD (Metall Organic CVD) eljárás, melynek során fémorganikus anyagokat használunk prekurzorként. A módszer előnyei között elsősorban azt kell megemlíteni, hogy ezen molekulák hőbomlásához általában jóval kisebb hőmérséklet elegendő, mint a szervetlen prekurzorokéhoz. Ezen túlmenően a bevonat jellemzőit károsan befolyásoló halogenideket is ki lehet küszöbölni. Megfelelő összetételű prekurzor esetén csak egyetlen anyagot kell beengedni a reakciótérbe, ráadásul a beáramlás sebessége is egyszerűen szabályozható a gőznyomás változtatásával. ELTE Kémiai Intézet 1999-2011 3

Az MOCVD fontosabb lépései Szervetlen, fémorganikus és katalízis gyakorlatok Tanszékünkön MOCVD eljárás alkalmazására folytak kísérletek. A jól illó Zr/Hf(BH 4 ) 4 és Zr/Hf(BH 4 ) 2 Cp 2 molekulák tömegspektroszkópiás vizsgálata arra utalt, hogy a molekulák hőbomlása két BH 4 csoport távozásával kezdődik ennek megfelelően az elöbbiekból boridok, az utóbbiakból karbidok voltak előállíthatóak 400 C alatti hőmérsékleten. Dibenzol-króm és dikumolkróm szendvics vegyületekből már régebben is állítottak elő króm karbid bevonatokat, azonban ehhez 600 C-ra volt szükség. Egyszerű kémiai meggondolás alkalmazásával, alifás oldalláncok beépítésével a szükséges hőmérsékletet sikerült 400 C alá csökkenteni pl. dixilol-króm használatával. Vékonyrétegek vizsgálati módszerei X./4. ábra Az MOCVD fontosabb lépései A leválasztott réteg vastagsága megállapítható közvetlenül mikrométer csavarral, a felületnagyság és a bevonat sűrűségének ismeretében a tömegnövekedésből vagy egy törésfelületen (elektron)mikroszkóppal. A kémiai összetétel megállapítására a klasszikus elemanalízisen túlmenően (pl. TiN ón(ii) klorid segítségével Kjeldhal szerint feltárható, Zr/Hf borid királyvízben oldódik) sok felületvizsgáló módszer áll rendelkezésre. Ez utóbbiak között kell megemlíteni az XPS módszert (röntgengerjesztéses fotoelektron-spektroszkópia), az Auger-elektron spektroszkópiát, a TR-XFS módszert (totálreflexiós röntgenfluoreszcencia spektroszkópia), a totálreflexiós röntgendiffrakciót (a pordiffrakciós felvételekhez hasonló információt ad, ami alapján spektrumkönyvtár segítségével elvégezhető a levált fázis azonosítása) és az elektron-mikroszondát (általában elektronmikroszkópokban megtalálható). A fizikai sajátságok vizsgálatára változatos módszereket dolgoztak ki. A keménység például a Vickers-féle mikrokeménység mérővel mérhető. Ez egy speciális, mikrométer skálával és gyémánttűvel felszerelt mikroszkóp. A gyémánttűt különböző terhelésekkel egy adott ideig rá kell helyezni a kérdéses felületre, a kapott benyomódás nagyságából számolható a keménység. ELTE Kémiai Intézet 1999-2011 4

2. ELVÉGZENDŐ FELADAT Szervetlen, fémorganikus és katalízis gyakorlatok Jelen gyakorlaton króm karbid bevonat leválasztása a cél, bisz-arén-króm szendvics vegyületeket tartalmazó nyers reakcióelegyből, mint prekurzorból, MOCVD módszerrel, melegfalú reaktorban, üveg hordozókra. A mintegy 400 C-n leváló réteg totálreflexiós röntgendiffrakciós fázisanalizis alapján Cr 7 C 3 összetételű, sűrűsége 6,85g/cm 3. A gyakorlat időigénye 7-8 óra. 3. KÍSÉRLETI BERENDEZÉS A felületi bevonat leválasztását melegfalú CVD reaktorban végezzük, amelynek felépítése a következő: olajfürdővel fűtött adagolólombik, csőkemence és az abba elhelyezett boroszilikát üveg (kereskedelmi nevén: Pyrex) reaktorcső, folyékony nitrogénes csapda, rotációs szivattyú. A reaktorban uralkodó nyomást a gázok hővezetőképességének nyomásfüggésén alapuló Piraninyomásmérővel mérjük, amelynek mérőfejét a reaktorcsőnek az adagolólombik és a kemence közötti szakaszán elhelyezett kicsövelésre csatlakoztatjuk. A reaktorcsőnek az adagolólombik és a csőkemence közé eső szakaszát körbe tekert ellenálláshuzallal melegítjük (fűtőköpeny). Az alkalmazott csőkemence különböző hőmérsékleteken kimért hőmérsékleteloszlását a X/5. ábrán láthatjuk (a 0 cm a kemence termopárjánál található; vákuumban a zárt vég felőli oldal adatai a jellemzők mindkét irányban). Cső kemence hő mérséklet eloszlása, egyik végén nyitott kvarccső ben mérve 1100 1000 C 900 800 700 600 500 400 300 200 100-16 -14-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 nyitott vég cm zárt vég 300 350 400 500 600 900 1100 X./5. ábra Az alkalmazott csőkemence különböző hőmérsékleteken kimért hőmérsékleteloszlása 4. FELHASZNÁLT ANYAGOK A króm karbid bevonatot kb. 1x1 cm-es üveglapokra választjuk le bisz-arén-króm vegyületeket tartalmazó nyers reakcióelegyből, mint prekurzorból. Az arén lehet mono-, di-, tri- és tetraetilbenzol. A prekurzor levegőre érzékeny, a levegővel nagyobb felületen érintkezve meggyulladhat. Belélegezve, szembe, bőrre jutva mérgező. A csapdákat folyékony nitrogénnel hűtjük. ELTE Kémiai Intézet 1999-2011 5

5. A GYAKORLAT MENETE Szervetlen, fémorganikus és katalízis gyakorlatok 1 Előkészítjük a kísérleti berendezést: az üvegrészeket etanollal, majd acetonnal átöblítjük és megszárítjuk; a csapokat és csiszolatokat vékonyan bekenjük vákuumzsírral. 2 A üveghordozókat alakjuk alapján általában meg lehet különböztetni egymástól. Ennek segítségével tanulmányozhatjuk a kemence különböző helyein történő rétegleválást. Például körberajzolva őket, a jegyzőkönyvben rögzíthetjük az egyes hordozók alakját. Ha ezzel végeztünk, akkor a hordozók felületére tapadt szennyezéseket acetonos mosással távolítjuk el oly módon, hogy 10 percig kezeljük őket ultrahangos mosóban. Az így megtisztított hordozókat ezután csak tiszta csipesszel fogjuk meg! 3 A hordozók tömegét analitikai mérlegen megmérjük (legalább 4 tizedesjegy pontossággal!) és elhelyezzük azokat a pirolizátorcsőben, közép tájékra (a kemence kimért hőmérséklet eloszlása megtalálható a gyakorlat helyszínén). 4 A berendezés egyes részeit (az adagolólombik kivételével) - reaktorcső, nyomásmérő, kifagyasztó, rotációs szivattyú - csatlakoztatjuk; a fűtőköpenyt feltekerjük a bevezető csőszakaszra. 5 Az adagolóba méregpipetta alkalmazásával betöltünk kb. 1 g prekurzort, és gondosan illesztjük a berendezéshez. A csapdát behűtjük, és a berendezést leszívatjuk. 6 Az adagolót olajfürdővel 150 160 C-ra, a fűtőköpenyt 100 110 C-ra melegítjük. Melegítés közben, amikor az olajfürdő hőmérséklete eléri a kb. 110 C hőmérsékletet, akkor felfűtjük a csőkemencét 400 C-ra. Mindezen műveletek 30 45 percet vesznek igénybe. 7 A pirolízist 4 órán keresztül végezzük, ezalatt 15 percenként feljegyezzük a nyomást, az adagoló és a köpeny hőmérsékletét, pótoljuk a csapdában a folyékony nitrogént. 8 4 óra elteltével kikapcsoljuk az olajfürdőt és kivesszük az adagoló alól. 9 15 perc múlva leállítjuk a csőkemence és a fűtőküpeny fűtését. A kemence ettől számítva kb. 2 óra alatt hűl le 70 C alá (felnyitni nem szabad, ilyen gyors hőmérséklet változást nem viselne el a jól tapadó, ám az üvegétől jelentősen eltérő hőtágulású króm-karbiddal bevont üveg). 10 Leállítjuk a rotációs szivattyút, a csapda egyik gömbcsiszolatos csatlakozását megbontva fellevegőzzük a berendezést, levesszük és lezárjuk az adagolót. 11 Lemérjük a hordozók tömegét (ismét analitikai pontossággal!), megmérjük a hordozók felületét (két oldalasak!) és kiszámoljuk a keletkezett bevonat körülbelüli vastagságát. 12 A pirolizátorcsövet és a kifagyasztót elmosogatjuk (a prekurzor bomlásával a reaktor falán keletkező króm karbid és kisebb mennyiségű króm oxid gyakorlatilag eltávolíthatatlan). 13 A tapasztalatokat a jegyzőkönyvbe folyamatosan feljegyezzük. 6. BALESETVÉDELMI MEGFONTOLÁSOK A prekurzor levegőre érzékeny, a levegővel nagyobb felületen érintkezve meggyulladhat. Belélegezve, szembe, bőrre jutva mérgező, ezért a kísérletet fülkében végezzük. A prekurzorral történő manipulációk során védőkesztyű, a gyakorlat teljes ideje alatt védőszemüveg használata kötelező. A Pyrex-csövön, ha jól dolgoztunk, vastag és jól tapadó króm-karbid bevonat keletkezik. Mivel annak hőtágulása a Pyrex üvegének többszöröse, a kemence lehűlése folyamán jelentős mechanikai feszültség ébredhet a csőben. Ezért óvatosan kezeljük, és a vele való munka során viseljünk védőszemüveget. A folyékony nitrogén bőrre jutva komoly égési sérüléseket, szembe kerülve látáskárosodást ELTE Kémiai Intézet 1999-2011 6

okozhat. Töltése közben védőszemüveg használata kötelező! A Dewar-edények kettős falában vákuum van, elpattanásuk robbanásszerű szilánk-képződés miatt veszélyes. 7. IRODALOM M.G. Hocking, V. Vasantasree, P.S. Sidky; Metallic and Ceramic Coatings: production, high temperature properties and applications, 1989, Longman Scientific&Technical UK (BME- OMIKK) J. G.Eden; Photochemical vapor deposition, 1992, Wiley-Intersciences New York (BME-OMIKK) T. Kodas, M. Hempden-Smith; The Chemistry of Metal CVD, 1994, VCH Weinheim (ELTE Kari könyvtár Kémiai gyűjtemény) Az első könyv főleg kemény és hőálló rétegekkel foglalkozik, a második kettő inkább a mikroelektronikában használatos bevonatokat tárgyalja. 8. KÉRDÉSEK 1. Mi a vidia? 2. Miből és milyen körülmények között lehet wolfram karbidot felületi keménybevonat formájában előállítani? 3. Milyen szinű a titán nitrid? 4. Mire használják a titán nitrid bevonatokat (a bizsukon túl) és miért? 5. Mi az előnye a hidegfalú reaktornak a melegfalúval szemben? ELTE Kémiai Intézet 1999-2011 7