6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
1.1.2. Nguyên lý phủ CVD
CVD là một công nghệ trong đó một hỗn hợp khí tương tác với bề mặt của nền ở nhiệt độ tương đối cao làm cho một vài thành phần trong hỗn hợp khí bị phân tích và phản ứng với nhau tạo thành một màng cứng của một kim loại hay một hợp chất trên bề mặt nền.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp TN
Chi tiết phủ được đặt và nung nóng trong buồng khí chứa H2( áp suất khí quyển hoặc nhỏ hơn). Các hợp chất bay hơi được đưa vào buồng này để tham gia vào thành phần của lớp phủ thông qua các phản ứng hóa học( hình 1.6). Nhiệt độ của quá trình từ 9000C÷20000C phụ thuộc vào chu kỳ nung nóng diễn ra vài giờ tùy thuộc vào yêu cầu về tính chất và chiều dày lớp phủ. Hệ thống phủ CVD yêu cầu nguồn khí dẫn, buồng phản ứng nâng nhiệt và hệ thống xử lý khí thải. Các khí dẫn gồm khí trơ như N và Ar, khí khử H và khí có hoạt tính như Methane, CO2, hơi nước, ammonia…Một số khí ở dưới dạng dung dịch khí áp suất cao như TiCl4, SiCl4, CH3SiCl3. Những chất này được nâng nhiệt tới nhiệt độ trung bình (dưới 600C) và hơi được chuyển đến buồng phản ứng bằng cách cho bọt khí mang (H và Ar) đi qua dung dịch lỏng. Một số khí dẫn được tạo thành cách biến một kim loại rắn hay hợp chất thành hơi như AlCl3 nhờ phản ứng của Al với Cl hoặc HCl. Các khí phản ứng sau đó được đưa vào các thiết bị để trung hòa các chất có hoạt tính cao trong khí thải, tách chất rắn, làm nguội khí trước khi thải ra môi trường.
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp TN
Kỹ thuật CVD được sử dụng để phủ các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao. Chất dẫn để phủ kim loại và phần lớn hợp chất là kim loại nhóm halôgen tương ứng. Vì nhiệt độ phân tích của các chất này thường cao nên trong nhiều trường hợp các hợp chất hữu cơ kim loại được sử dụng như mêtan acetylacetonates, các hợp chất methyl hoặc ethyl hoặc metal carbonyls cũng được sử dụng để phủ Cu, Pb, Fe, Co, Ni… và kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao như W, Mo.
CVD cho phép phủ đa lớp ( đến 12 lớp) và phủ xen kẽ Nitride, Carbide và Alumina. Dạng phủ này hiện đang được áp dụng phổ biến nhằm tạo nên lớp phủ có cơ tính cao hơn nhờ kết hợp các tính chất cơ lý của từng lớp. Ví dụ: lớp phủ TiC – TiCN – TiN khai thác được khả năng bám với nền của TiC, độ cứng của TiCN, tính trơ hóa học cao và chống dính tốt của TiN ( Hình 1.7).
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý phủ CVD và sơ đồ vùng bề mặt sau khi phủ CVD
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp TN
Một ứng dụng rất quan trọng của CVD là tạo bột và sợi vật liệu có độ nóng chảy cao. Các sợi này có thể tạo ra nhờ phủ CVD ví dụ như SiN4, TiC. Các hợp chất phủ CVD dạng sợi như Al2O3, TiC, TiN, SiC,Cr2C3…
Ưu điểm nổi bật của CVD là lớp phủ có độ bám dính cao với nền, do quá trình phủ diễn ra ở nhiệt độ cao tạo điều kiện cho quá trình khuyếch tán của vật liệu phủ vào nền. Phủ CVD có thể tạo nên lớp phủ có chiều dày đồng đều hơn so với phủ PVD, đặc biệt khi phủ các chi tiết máy có hình dạng phức tạp.
Tuy nhiên trong quá trình phủ CVD trên nền hợp kim cứng các nguyên tử cácbon và côban di chuyển khỏi lớp bề mặt để phản ứng với khí và các nguyên tố phủ tạo nên một lớp thiếu cácbon gọi là pha Eta ( CO6W6C ) tại biên giới giữa nền và lớp phủ. Hơn nữa hệ số giãn nở nhiệt của lớp phủ thường cao hơn vật liệu nền nên trong quá trình làm nguội tạo nên ứng suất kéo trong lớp phủ làm giảm độ dai va đập và độ bền mỏi của dụng cụ. Vì
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp TN
nhiệt độ của quá trình lớn hơn 8000C cao hơn cả ram cao thép gió, nên phủ CVD hầu như chỉ dùng phủ cho dụng cụ hợp kim cứng.