- •Технологія одержання і застосування плівКових матеріалів
- •Проценко і.Ю., Шумакова н.І.
- •© І.Ю.Проценко, н.І Шумакова, 2008
- •Передмова...................................................................................... 7
- •Конструкції термовипарників та їх застосування……… 19
- •Передмова
- •1 Основи термодинаміки та кінетичної теорії газів
- •Рівноважний тиск пари
- •1.2 Розподіл атомів пари за швидкостями
- •1.3 Механізми випаровування рідин та твердих тіл
- •2 Конструкції термовипарників та їх застосування
- •2.1 Загальна інформація
- •2.2 Випаровування із дротів та металевої фольги
- •2.3 Випаровування із тиглів, матеріали тиглів
- •2.4 Випаровування матеріалів електронно-променевими методами
- •3 Вакуумно-плазмова технологія
- •4 Плазмові випарники
- •4.1 Випарники з випаровуванням матеріалу катода
- •4.2 Вакуумно-дугові випарники
- •4.3 Випарники з випаровуванням матеріалу анода
- •4.4 Електронно-променеві випарники
- •5 Метод іонного та реактивного розпилення
- •5.1 Іонне розпилення
- •5.2 Реактивне розпилення
- •6 Особливості випаровування сплавів та хімічних сполук
- •7 Методи контролю товщини плівок
- •7.1 Мікрозважування
- •7.2 Метод кварцового резонатора
- •7.3 Оптичні методи
- •7.4 Інші методи
- •8 Характеристика елемента карбону
- •9 Класифікація алотропів карбону
- •10 Фізичні властивості алотропів карбону
- •11 “Метастабільність алмазу” та шляхи його одержання
- •12 Хімічний синтез алмазу
- •13 До історії розвитку хімічного синтезу алмазу
- •14 Методи одержання алмазоподібних плівок
- •14.1 Термохімічні методи осадження
- •14.2 Електророзрядні методи
- •14.3 Комбіновані розряди
- •14.4 Методи одержання апп на атмосфері
- •15 Методи одержання гідрогенезованих
- •16 Методи одержання ультрадисперсних алмазів (уда) і наноалмазів (на)
- •17 Методи одержання
- •18 Хімічний склад і кристалічна структура
- •18.1 Нітрид титану
- •18.2 Карбід вольфраму
- •Задачі та вправи
- •19 Уявлення про адатом, кластер та критичний зародок
- •20 Залежність розміру критичного зародка від матеріалу плівки та підкладки
- •21 Механізми конденсації плівок, їх узагальнена діаграма
- •22 Чотири стадії росту плівки
- •22.1 Утворення острівців
- •22.2 Коалесценція острівців
- •22.3 Утворення каналів
- •22.4 Утворення суцільної плівки
- •23 Критична товщина і критична температура конденсації
- •24 Утворення дефектів у процесі росту плівки
- •24.1 Дислокації
- •24.2 Межі зерен
- •24.3 Шорсткість та пористість конденсатів
- •25 Епітаксіальний ріст плівок
- •25.1 Зародження епітаксіальних частинок
- •25.2 Механізми епітаксіального росту
- •26 Змінювання параметра решітки, псевдоморфний ріст плівок
- •27 Види спряжень кристалів при епітаксіальному рості
- •28 Субструктура полікристалічних плівок
- •29 Нанокристалічні та аморфні матеріали
- •30 Внутрішні макронапруження в конденсатах
- •30.1 Вплив температури підкладки
- •30.2 Причина виникнення макронапружень у
- •30.3 Вплив товщини плівок, швидкості конденсації та термообробки
- •30.4 Розрахунок величини st
- •30.5 Методи вимірювання s
- •Вплив іонного бомбардування підкладки на властивості плівок
- •32 Процес старіння в тонких плівках
- •Датчики температури із платини та нікелю
- •Термопари
- •Терморезистори із від’ємним і додатним
- •Кремнієві датчики
- •37 Датчики на основі металевої плівки
- •38 Термокондуктометричні та термохімічні
- •39 Тонкоплівкові газові датчики
- •40 Датчики вологості
- •41 Уявлення про тензоефект
- •42 Перетворення деформації тензорезистором
- •43 Передача деформації чутливому елементу
- •44 Металеві тензодатчики
- •45 Напівпровідникові та полімерні тензорезистори
- •46 Магніторезистивні датчики
- •47 Датчики Холла
- •Технологія одержання і застосування плівкових матеріалів
13 До історії розвитку хімічного синтезу алмазу
Незважаючи на успішне отримання алмазу із графіту методом НВТ, доведення до масового виробництва технічного алмазного порошку, а також усупереч негативній реакції на ідеї отримання алмазу лише в результаті поліморфного перетворення графіту при високих Т, р – параметрах у рівноважних умовах, питання хімічного синтезу із різних вуглецевовмісних сполук у нерівноважних умовах без визначальної ролі високого тиску постійно обговорювалися. Здійснювався пошук нових шляхів штучного отримання алмазів. У таблиці 1.7 наведені стислі відомості про перші успішні спроби хімічного синтезу алмазу.
На жаль, дослідження Б.Спіцина і Б.Дерягіна, А.Руденка та деяких інших вчених довгий час не підтримувалися і навіть гальмувалися прихильниками синтезу алмазу із графіту в рівноважних умовах, а відтак їх результати залишалися невідомими науковому світу. У наш час хімічний синтез алмазу в усьому світі успішно здійснюється за допомогою методів CVD (хімічне осадження із газової фази) з різною активацією газової фази, методом хімічних транспортних реакцій тощо.
Однією із причин неприйняття ідеї хімічного синтезу без тиску побічниками синтезу алмазу шляхом поліморфного перетворення графіту при високих тисках і темпера
Таблиця 1.7 – Стислі відомості про історію зародження хімічного синтезу алмазу
Автор |
Рік |
Джерело вуглецю |
Б. Спіцин, Б. Дерягін |
1956 (патент – 1980) |
Потік чотирибромистого карбону або інші вугле-цевовмісні сполуки |
А. Руденко |
1957 |
Із оксиду карбону, його суміші з воднем, суміші метану з діоксидом карбону за наявності іонних каталізаторів |
В. Еверсол |
1958 |
Потік оксиду карбону або інші вуглецевовмісні гази |
Г. Гібтман |
1964 |
Вуглецевовмісна газова суміш (газовим способом – оксид вуглецю) в при-сутності каталізаторів |
Фірма “Сіменс” |
1964 |
Циклопентан, циклогек-сан, вуглецеводні за наявності каталізаторів |
Г.Бінкман |
1965 |
Пара вуглецю |
Дж. Ангус та ін. |
1968-1971 |
Метан |
Д. Федосєєв Б. Дерягін |
1970 |
Метан |
турах була відсутність теоретичного обґрунтування можливості такого синтезу та роз’яснення механізму хімічних реакцій утворення алмазної речовини.
У 60-х роках ХХ ст. був проведений хімічний синтез алмазу в відкритих каталітичних системах з використанням як каталізаторів іонів легких та інших металів у розплавах. Алмаз у вигляді епітаксіальної плівки алмазної речовини нарощувався із газової фази (СО, СО+Н2, СН4+СО2) при 1070-1230 К та атмосферному тиску на монокристал природного алмазу або алмазні порошки.
На рисунку 1.19 наведені результати серії дослідів із сумішами СН4+СО3 різного складу при температурах 1080-1230 К.
Рисунок 1.19 - Нарощення алмазної речовини на монокристал алмазу при поліконденсації суміші СН4+СО2 за наявності розплаву гідроксиду калію при 1180 (1), 1200 (2) та 1230 К (3). Мас. % та об. %- масові та об’ємні %
Як бачимо із рисунка 1.19, нарощення алмазної речовини на алмазний кристал згідно з реакцією (1.19) відбувається в дуже вузькому інтервалі концентрації в суміші.
Максимальна швидкість нарощення алмазної речовини ут(ал) = 7∙10-4 мг ал/мм2∙год (0,2 мкм/год) відбувається при 480 К і 30 об.% СН4 в суміші (крива 1).
При зростанні температури швидкість алмазоутво-рення зменшувалася (криві 2 і 3 на рис. 1.19), а оптимальна концентрація метану в суміші збільшувалася до 45% при 1230 К. Наведені дані свідчать про те, що інтервал умов, за яких відбувається нарощення алмазного кристалу, дуже вузький. Малу швидкість цього процесу не вдається збільшити за рахунок зміни каталізаторів. Остання обставина стала причиною того, що хімічний синтез алмазу з активацією мономерів поліконденсації в газовій фазі не використовується в практиці отримання алмазної речовини та поступився способу НВТ, який забезпечує перетворення графіту в алмазі із великою швидкістю.