Способ получения композиционной пленки на основе оксида алюминия и оксида кремния

(2009.01), 05 3/04 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Предлагаемый способ получения композиционной пленки на основе оксида алюминия и оксида кремния, в котором электрофорезом наносят на металлическую подложку алкоголятный золь, состоящий из смеси изопропилата алюминия и этилата кремния,растворенный в алифатическом спирте, и перед нанесением электрофорезом смесь подвергают ультразвуковому воздействию в течение 100-300 секунд, температура термообработки составляет 350-450 С. Полученные пленки имеют толщину от 0,3 до 0,7 мкм, напряжение пробоя 400-450 В, объемное сопротивление от 2,41012 Ом до 1,71012 Ом диэлектрические потери 0,005. Диэлектрические композиционные оксидные пленки, получаемые по предлагаемому способу, могут быть использованы в электрических измерительных приборах,миниатюрных тензопреобразователях и других объектах и отраслях электротехнической,приборостроительной и химической промышленности.(72) Коробова Наталья Егоровна Пузикова Дарья Сергеевна Федоренко Татьяна Алексеевна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет имени аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Предварительный патент РК 9149, кл. 25 13/00, 2000(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОЙ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ОКСИДА КРЕМНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам получения оксидных пленок,которые могут использоваться как электроизоляционные, температуро- и химически стойкие материалы. Достигаемый технический результат повышение электроизоляционных свойств оксидных пленок. 23513 Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам получения оксидных пленок,которые могут использоваться как электроизоляционные, температуро- и химически стойкие материалы. Известен способ получения пленок из оксида алюминия термическим разложением алкоголятов алюминия в вакууме при осаждении на металлические образцы (Осаждение из газовой фазы/ под ред. К. М. Пауэлла.- М. Атомиздат, 1970. - с. 30). Недостатками известного технического решения являются низкие производительность и электроизоляционные свойства получаемой пленки. Известен способ получения пленок из оксида кремния термическим разложением алкоголятов кремния в вакууме при осаждении на металлические образцы (Разуваев Г.А., Грибов Б.Г., Домрачев Г. А.,Саламатин Б.А. Металлоорганические соединения в электронике. - М. Наука, 1972. - с.322). Недостатками известного технического решения являются высокие температуры разложения алкоголята кремния на металлических подложках,невозможность получения однородных по толщине пленок на поверхностях сложного профиля, что затрудняет их широкое использование при изготовлении тензодатчиков. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения пленки оксида алюминия из алкоголятного золя (изопропилата алюминия) в изопропиловом спирте, которую наносят на металлическую подложку электрофорезом с последующей термообработкой покрытия(Предварительный патент РК 9149, кл. 25 13/00, 05 3/04, опубликованный от 15.06.2000,Бюл.6). Недостаток данного технического решения низкие электроизоляционные свойства получаемой пленки на неполированных поверхностях металлических образцов. Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения композиционной пленки на основе оксида алюминия и оксида кремния на металлической подложке любой степени полировки и сложного рельефа поверхности при невысокой температуре термообработки (350450 С). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение электроизоляционных свойств оксидных пленок. Технический результат достигается предлагаемым способом получения композиционной пленки на основе оксида алюминия и оксида кремния, включающий нанесение электрофорезом на металлическую подложку алкоголятного золя в органическом растворителе, с последующей термообработкой, но в отличие от известного в качестве алкоголятного золя используют смесь изопропилата алюминия(-37)3 и этилата кремния (25)4, а в качестве органического растворителя - любой алифатический спирт, и перед нанесением электрофорезом смесь подвергают ультразвуковому воздействию в течение 100-300 секунд, а термообработку осуществляют при температуре 350-450 С. Существенным отличием предлагаемого способа от прототипа является использование в качестве органического растворителя любого алифатического спирта, а также ультразвукового воздействия в интервале 100-300 секунд. Использование в предлагаемом способе любого алифатического спирта в качестве органического растворителя,приводит к образованию кристаллических зародышей, которые являются основой для роста нитевидных монокристаллов оксида алюминия, а также нанодисперсных твердых частиц, сольватированных молекулами спирта,которые находятся длительное время во взвешенном состоянии,т.е. спирт является хорошим стабилизатором, обеспечивающим равномерное электрофоретическое нанесение пленки по всей площади электрода. Частицы золей были устойчивы благодаря наличию прочных сорбционных оболочек. Ионы водорода, адсорбированные на частицах,придают положительный заряд и позволяют вести электрофоретическое осаждение на катоде, где образуется гелеобразное покрытие. Из геля после термообработки получают пленку с высокими электрофизическими характеристиками. Известен эффект ультразвукового воздействия Влияние ультразвукового воздействия на механические свойства и Тс композита на основе 3 // Вопросы атомной науки и техники. Серия Ядерно-физические исследования. - 1992. 2(23), - с. 64-66). Использование ультразвукового воздействия на золь биалкоголятов кремния и алюминия в течение 100-300 секунд привело к релаксации внутренних напряжений, что при предложенных режимах УЗВ способствовало 23513 повышению электрофизических характеристик оксидных пленок. Способ получения композиционных плнок на основе оксида алюминия и оксида кремния(муллитовая композиция) осуществляют следующим образом. Обезжиренные, полированные или неполированные образцы подложки из стали погружают в электрофоретическую ванну с 0,10,5-ным золем,приготовленным из биалкоголятного комплекса. Синтез биалкоголята алюминия и кремния осуществлялся в среде абсолютного алифатического спирта (этанола,пропанола, изопропанола) при быстром приливании раствора этилата кремния к раствору изопропилата алюминия в соотношениях 37 с последующим интенсивным перемешивании с помощью ультразвукового воздействия продолжительностью от 100 до 300 секунд. При соотношении алкоголятов 37 выделялся продукт, приближающийся по составу к 323 - 2 О 2 или муллиту. Подается напряжение 200-400 В, (таким образом, образцы являются электродами). Процесс электрофоретического осаждения осуществляют в течение 3-5 минут при комнатной температуре. Сформированный на катоде гелеобразный осадок подсушивают на воздухе, затем помещают в печь и термообрабатывают в течение 30-60 мин при температуре 350-450 С. При этом толщина полученной пленки составляет 0,3-0,7 мкм. Время электроосаждения при напряжении на ванне 200-400 Вольт и оптимальной плотности тока 0,3 А/дм 2 зависит от желаемой толщины покрытия(при продолжительности процесса 10 минут толщина покрытия составляет 1 мм). Полученный гелеобразный осадок подвергают термообработке при температуре 350-450 С. Выбор данного режима термообработки связан с процессом разложения биалкоксидного комплекса изопропилата алюминияэтилат кремния при 350-450 С - максимальная скорость разложения. При толщине гелеобразного осадка 1 мм и указанного режима термообработки создают оптимальные технологические условия для получения однородной по толщине, плотной композиционной оксидной плнки на муллитовой основе. Использование электрофоретического осаждения обеспечивает а) равномерность по толщине нанесенного слоя даже на изделия сложной формы б) лучшую адгезию покрытия за счт сил электростатического притяжения в) лучшую его плотность за счт уплотнения при действии электрофоретической силы г) отсутствие пор за счт осаждения вещества в виде плотного геля, который образуется в приэлектродной зоне д) композиционную структуру за счт гелеобразного состояния осадка из биалкоголятного комплекса и низких температур обработки. Все эти преимущества электрофоретического способа осаждения золя из биалкоголятного комплекса позволяют получить тонкие композиционные пленки из 3 А 2 О 3 - 22 на металлических поверхностях различного класса чистоты (от 8 до 14), отличающиеся повышенными механическими и диэлектрическими свойствами как в сухой, так и влажной атмосфере, а также химической стойкостью в некоторых агрессивных средах при высокой температуре. Пример 1. Обезжиренные полированные до 11 класса чистоты поверхности образцы из стали Х 18 Н 10 Т или 36 НХТЮ погружают в 0,1-ный биалкоголятный золь. Синтез биалкоголята алюминия и кремния осуществляют в среде абсолютного этанола при быстром приливании раствора этилата кремния к раствору изопропилата алюминия в соотношениях 37 с последующим интенсивным перемешиванием с помощью ультразвукового воздействия продолжительностью от 100 секунд. Процесс осуществляют на катоде при напряжении 400 В в течение 5 минут. Сформированный на катоде гелеобразный осадок подсушивают на воздухе, затем помещают в печь и термообрабатывают в течение 30 мин при температуре 450 С. При этом толщина полученной пленки составляет 0,3 мкм. У полученных пленок определяют электроизоляционные свойства(напряжение пробоя 450 В, объемное сопротивление 2,41012 Ом, диэлектрические потери 0,005 адгезионную прочность 400 кг/см 2, структуру аморфная матрица из оксида кремния с армированными монокристаллами оксида алюминия. Пример 2. Обезжиренные полированные до 10 класса чистоты поверхности образцы из стали Х 18 Н 10 Т или 36 НХТЮ погружают в 0,3-ный биалкоголятный золь. Синтез биалкоголята алюминия и кремния осуществляют в среде абсолютного пропанола при быстром приливании раствора этилата кремния к раствору изопропилата алюминия в соотношениях 37 с последующим интенсивным перемешивании с помощью ультразвукового воздействия продолжительностью от 200 секунд. Процесс осуществляют на катоде при напряжении 300 В в течение 4 мин. Сформированный на катоде гелеобразный осадок подсушивают на воздухе, затем помещают в печь и термообрабатывают в течение 45 мин при температуре 400 С. При этом толщина полученной пленки составляет 0,5 мкм. У полученных пленок определяют электроизоляционные свойства(напряжение пробоя 420 В, объемное сопротивление 1,91012 Ом, диэлектрические потери 0,005 адгезионную прочность 420 кг/см 2, структуру аморфная матрица из оксида кремния с армированными монокристаллами оксида алюминия. Пример 3. Обезжиренные полированные до 9 класса чистоты поверхности образцы из стали Х 18 Н 10 Т или 36 НХТЮ погружают в 0,5-ный биалкоголятный золь. Синтез биалкоголята алюминия и кремния осуществляют в среде 3 23513 абсолютного изопропанола при быстром приливании раствора этилата кремния к раствору изопропилата алюминия в соотношениях 37 с последующим интенсивным перемешивании с помощью ультразвукового воздействия продолжительностью от 300 секунд. Процесс осуществляют на катоде при напряжении 200 В в течение 4 мин. Сформированный на катоде гелеобразный осадок подсушивают на воздухе,затем помещают в печь и термообрабатывают в течение 60 мин при температуре 350 С. При этом толщина полученной пленки составляет 0,7 мкм. У полученных пленок определяют электроизоляционные свойства (напряжение пробоя 400 В, объемное сопротивление 1,71012 Ом,диэлектрические потери 0,005 адгезионную прочность 400 кг/см 2, структуру - аморфная матрица из оксида кремния с армированными монокристаллами оксида алюминия. Сравнительные испытания пленок А 2 О 3,полученных по известному способу и по изобретению показали,что нанесение биалкоксидного комплекса в электрическом поле и использование ультразвукового воздействия на золь позволило получить композиционные пленки муллитового состава из аморфной матрицы на основе оксида кремния и армированной фазы на основе А 2 О 3, обладающие не только хорошими адгезионными свойствами, но и высокими диэлектрическими характеристиками. Диэлектрические композиционные оксидные пленки, получаемые по предлагаемому способу,могут быть использованы в электрических измерительных приборах,миниатюрных тензопреобразователях и других объектах и отраслях электротехнической, приборостроительной и химической промышленности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения композиционной пленки на основе оксида алюминия и оксида кремния,включающий нанесение электрофорезом на металлическую подложку алкоголятного золя в органическом растворителе, с последующей термообработкой, отличающийся тем, что в качестве алкоголятного золя используют смесь изопропилата алюминия и этилата кремния, а в качестве органического растворителя любой алифатический спирт, и перед нанесением электрофорезом смесь подвергают ультразвуковому воздействию в течение 100-300 секунд, а термообработку осуществляют при температуре 350-450 С.