close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13233

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13233
(13) C1
(19)
C 23C 14/06
C 23C 14/35
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕКОРАТИВНОГО ПОКРЫТИЯ ЧЕРНОГО
ЦВЕТА В ВАКУУМЕ
(21) Номер заявки: a 20090206
(22) 2009.02.16
(43) 2009.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук
Беларуси " (BY)
(72) Авторы: Агеев Виталий Александрович; Вершина Алексей Константинович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии
наук Беларуси " (BY)
(56) SU 1795984 A3, 1993.
US 4643952, 1987.
US 5405680 A, 1995.
GB 2227756 A, 1990.
EP 0130754 A1, 1985.
RU 2121521 C1, 1998.
RU 2186414 C1, 2002.
BY 13233 C1 2010.06.30
(57)
1. Способ получения декоративного покрытия черного цвета в вакууме, отличающийся тем, что наносят на поверхность изделия оптически непрозрачную в видимом диапазоне спектра пленку кремния толщиной 0,3-1,0 мкм и на ней формируют слой нитрида
кремния толщиной 0,055-0,075 мкм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой нитрида кремния формируют азотированием в тлеющем разряде нанесенной пленки кремния.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой нитрида кремния формируют магнетронным распылением кремния при пониженном давлении в смеси газов, содержащих
азот.
Фиг. 1
BY 13233 C1 2010.06.30
Предлагаемое изобретение относится к технологии нанесения ионно-плазменных покрытий в вакууме и может быть использовано при изготовлении товаров народного потребления для декоративной отделки стекла, фарфора, керамики, пластмасс и других
диэлектриков, металлов и изделий из них, а также в области оптического приборостроения при изготовлении оптико-электронных систем с низким отражением падающего излучения в широкой области спектра и высокими антикоррозионными свойствами и
износостойкостью.
В настоящее время нанесение декоративно-защитных и оптических покрытий с помощью вакуумных ионно-плазменных (вакуумно-дугового и магнетронного) методов напыления находит широкое распространение благодаря экологической чистоте производства
и высокому качеству получаемых пленок [1, 2]. По способу получения окраски плазменно-вакуумных покрытий возможны два варианта: псевдохромный - вследствие интерференции света при отражении падающего излучения на границах подложки и пленки из
оптически прозрачного материала и идиохромный - вследствие собственной окраски материала, из которого выполнено декоративное покрытие.
Известно [1, 2], что химические соединения металлов с азотом, кислородом, углеродом могут быть окрашены, в частности, и в различные оттенки серого и черного цветов.
Известен способ электродугового плазменно-вакуумного нанесения декоративных покрытий ZrC, WC, TaN, TiC, Cr2N - обеспечивающих оттенки серого (серые, черно-серые, коричнево-черно-серые) и MnN и V2O3 - черного цветов [2]. Недостатком этого способа
является низкая насыщенность (чистота) черного цвета, что сопровождается возникновением ощущения "грязного" оттенка. Кроме того, для двух последних соединений имеют
место технологические трудности изготовления катодов из этих материалов и невысокие
трибологические (на истирание) и коррозионностойкостные характеристики формируемых покрытий.
Широкое распространение в оптическом приборостроении получили черные зеркала
типа ПМ-Д-М-Д, состоящие из непрозрачной пленки металла М, прилегающей к стеклянной подложке П, двух диэлектрических слоев Д и расположенного между ними частично
прозрачного слоя металла М, например, 4-слойное ПAl-SiO-Al-SiO или 6-слойное ПAlSiO-Al-SiO-Al-SiO [3]. Идея построения такого зеркала состоит в том, что выбором оптической толщины первого слоя диэлектрика достигается гашение отражения в определенной зоне спектра, а для более длинноволновой области, где интерференция перестает
играть решающую роль, коэффициент отражения приближается к значению, соответствующему коэффициенту отражения металлической пленки, прилегающей к подложке.
Покрытия черного цвета получают также формированием слоев, состоящих из мелких
частиц никеля, которые равномерно распределены в пронизанной воздушными порами
диэлектрической матрице из окисных или сернистых соединений металла, например осаждением никеля и просветляющих слоев двуокиси кремния [4], электрохимическим осаждением черного никеля [5], нанесением металлокерамических пленок из смеси, например,
никеля и окиси магния или никеля и двуокиси кремния, либо нанесением в вакууме структуры ZnS-Ni-ZnS-Ni-Cu [6]. Недостатком всех этих способов является необходимость нанесения большого числа слоев при жестком контроле их толщины и состава.
Известен способ получения неотражающего нейтрального оптического фильтра путем
нанесения на оптически прозрачный диэлектрик многослойных пленок из оксидов металлов с помощью магнетронных распылительных систем на постоянном и переменном токах
[7, 8]. Недостатками такого способа являются недостаточно низкое интегральное отражение и существенная продолжительность технологического процесса вследствие необходимости формирования многослойного покрытия.
Известен также близкий к предлагаемому техническому решению по технической
сущности способ получения антибликового неотражающего нейтрального оптического
фильтра, включающий нанесение на стеклянную подложку частично прозрачного в види2
BY 13233 C1 2010.06.30
мом диапазоне спектра слоя титана толщиной 50 Å и диэлектрического слоя поверх него
из оксида алюминия оптической толщиной, равной четверти длины волны λ0 = 0,45 мкм, с
последующим нанесением на обратную сторону стеклянной подложки частично прозрачного в видимом диапазоне спектра слоя титана толщиной 30 Å [9]. Основными недостатками этого способа является то, что он не обеспечивает достаточно низкое интегральное
отражение в видимой области спектра, а также необходимость нанесения пленок на две
поверхности, что существенно удлиняет технологический процесс.
Известен также близкий к предлагаемому техническому решению по технической
сущности способ получения неотражающего нейтрального оптического фильтра, включающий нанесение на прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку частично пропускающего свет слоя титана толщиной 0,028-0,03 мкм и антиотражающего свет
слоя, в качестве которого наносят оксид титана TiOx при 1<x<2, где x степень окисления
оксида титана с показателем поглощения, равным 0,17-0,2, и геометрической толщиной
0,04-0,045 мкм путем распыления оксида титана TiO2 [10]. Основным недостатком этого
способа является то, что он не обеспечивает достаточно низкое интегральное отражение в
видимой области спектра, не позволяя тем самым реализовать высокую насыщенность
черного цвета.
Известен также близкий к предлагаемому техническому решению по технической
сущности способ получения декоративных покрытий в вакууме, включающий плазменное
(ионами материала катода электродугового источника) нанесение тонких алмазоподобных
пленок с подслоями титана [11]. Основным недостатком этого способа является то, что он
не обеспечивает достаточно низкое интегральное отражение в видимой области спектра и
не позволяет получить черную окраску покрытия, реализуя варьирование цветовой гаммы
(при изменении толщины покрытия в пределах 0,015, 0,18, 0,22 мкм) только в пределах от
рыжевато-коричневого, коричневого и до темно-фиолетового оттенка соответственно
(толщины покрытия 0,04; 0,06; 0,08; 0,09; 0,10 и 0,11 мкм приводят к возникновению синей, голубой, светло-желтой, желто-зеленой, желтой и красно-фиолетовой окраски соответственно).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности
и принятый за прототип является способ получения декоративного покрытия золотистого
цвета в вакууме, и предусматривающий нанесение на поверхность изделия оптически непрозрачной в видимом диапазоне спектра пленки кремния, с последующим формированием на внешней ее поверхности слоя его соединения требуемой толщины [12].
Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает достаточно низкое интегральное отражение в видимой области спектра, не позволяя тем самым реализовать высокую насыщенность черного цвета.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение декоративных
покрытий черного цвета вакуумно-плазменными методами.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения декоративного покрытия
черного цвета в вакууме, предусматривающем нанесение на поверхность изделия оптически непрозрачной в видимом диапазоне спектра пленки кремния с последующим формированием на внешней поверхности слоя его соединения, после нанесения пленки кремния
толщиной 0,3-1 мкм на ней формируют слой нитрида кремния толщиной 0,055-0,075 мкм,
а также тем, что слой нитрида кремния формируют азотированием в тлеющем разряде
нанесенной пленки кремния,
а также тем, что слой нитрида кремния формируют магнетронным распылением кремния при пониженном давлении в смеси газов, содержащих азот. Примеры конкретной реализации технического решения были осуществлены на установке УРМ3.279.048,
модернизированной встраиванием магнетронной распылительной системы на постоянном
токе. Отличительной особенностью данной магнетронной распылительной системы является ее магнитная система, в которой постоянные магниты заменены на электромагнит3
BY 13233 C1 2010.06.30
ную систему - соленоид. Это позволило использовать магнетрон как саморегулируемое
устройство с расширенным диаметром магнитной индукции до 100 мТл и высокой стабилизацией магнетронного разряда в диапазоне давлений 0,2-8 МПа. Отключение магнитной
системы трансформирует магнетронную распылительную систему в источник плазмы
тлеющего разряда.
Заявляемое техническое решение иллюстрируется графическими материалами. На
фиг. 1 приведены изменения цвета SiO2-покрытия (а) и Si3N4-покрытия (б) при варьировании толщины h конденсатов, нанесенных на кремниевый слой толщиной 1 мкм. На фиг. 2
приведены зависимости спектрального коэффициента отражения R от геометрической
толщины покрытия вблизи четвертьволновой оптической толщины: кремниевый слой
толщиной 1 мкм + Si3N4-покрытие толщиной 40 нм (1), 44 нм (2), 49 нм (3), 62 нм (4),
73 нм (5), 84 нм (6), 98 нм (7). Фиг. 3 иллюстрирует изменение коэффициента яркости Y
для условий освещения и наблюдения D65/2° при варьировании толщины h покрытия
Si3N4 нa кремниевом слое толщиной 1 мкм (цифры 1 - 36 на кривых соответствуют порядковому номеру образца в таблице, см. ниже).
Пленки кремния толщиной 0,3-1 мкм наносили магнетронным распылением на подложки из стали 0,8 кп, предварительно отполированные до шероховатости 0,1 мкм и прошедшие внекамерную очистку и обезжиривание. Затем в первом случае проводили
азотирование сформированной пленки в тлеющем разряде при температурах 400-500 °С,
напряжении 1,5 кВ и суммарном давлении азотоаргоновой плазмы 8 Па. Время азотирования составляло 1,5-2,5 ч.
Во втором случае на предварительно нанесенные пленки кремния магнетронным распылением кремниевой мишени в среде азотоаргоновой плазмы при давлении 0,8 Па осаждали слой нитрида кремния Si3N4 толщиной 40-400 нм. Осаждение нитрида кремния
осуществляли при следующих электрофизических параметрах: напряжение распыления 500 В, ток разряда 2 А.
В третьем случае на предварительно нанесенные пленки кремния магнетронным распылением кремниевой мишени в среде кислородоаргоновой плазмы при режимах, аналогичных второму случаю, осаждали слой оксида кремния SiO2 той же толщины, что и
Si3N4.
Зависимость координат цветности (x, y), яркости (Y), доминирующей длины волны
(λ
λD, нм) и чистоты цвета (p, %) покрытий Si3N4 от их толщины
№ /№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Толщина покрытия
40
44
49
62
73
84
90
98
106
113
129
142
150
158
165
x
0,4065
0,4464
0,4819
0,2194
0,1543
0,1868
0,2077
0,2281
0,2555
0,2737
0,3196
0,3754
0,4175
0,4486
0,4499
y
0,4214
0,4432
0,4313
0,0850
0,1245
0,2053
0,2375
0,2631
0,2960
0,3164
0,3712
0,4353
0,4691
0,4650
0,4133
4
Y
15,59
11,66
7,34
1,41
4,61
13,16
18,58
23,50
31,14
34,88
38,63
36,70
33,38
28,66
23,72
λD нм
577
579
584
-565
473
478
480
481
484
487
559
570
573
577
583
p, %
52,1
69,4
75,9
77,4
80,4
58,5
47,3
37,2
23,8
15,3
13,8
47,3
68,7
76,1
62,0
BY 13233 C1 2010.06.30
№ /№
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Толщина покрытия
174
186
195
203
209
219
226
233
246
253
264
281
290
316
329
342
360
383
392
407
424
x
0,4116
0,3214
0,2496
0,1978
0,1725
0,1603
0,1718
0,1957
0,2622
0,3036
0,3619
0,3883
0,3806
0,3277
0,2875
0,2415
0,2023
0,2577
0,2840
0,3131
0,3330
y
0,3034
0,1703
0,1225
0,1237
0,1471
0,2118
0,2661
0,3225
0,4242
0,3671
0,4940
0,4035
0,3370
0,1989
0,1852
0,2305
0,3908
0,4613
0,4205
0,3464
0,2869
Y
17,07
9,84
7,31
7,67
9,45
14,47
18,78
23,13
29,84
32,22
33,81
31,28
27,92
16,36
13,38
13,77
18,60
26,13
27,93
28,57
25,92
Продолжение таблицы
p, %
λD нм
-495
27,6
-549
62,8
-563
68,3
459
68,4
473
71,3
482
66,8
486
56,8
491
43,2
517
19,4
548
36,8
563
60,1
577
42,0
601
21,2
-545
52,8
-559
50,9
471
37,2
498
36,9
524
26,5
531
19,4
553
5,0
634
15,4
Сравнение цвета покрытий, полученных по предлагаемому способу (случаи 1, 2) и
способу - прототипу (случай 3) показывает, что предлагаемый способ обеспечивает реализацию высокой насыщенности черного цвета (фиг. 1).
Представленные на фиг. 2 зависимости спектрального коэффициента отражения R от
геометрической толщины покрытий, полученных по заявляемому способу и прототипу, а
также рассчитанные координаты цветности и яркость покрытий (фиг. 3, таблица) свидетельствуют о том, что нанесение слоя нитрида кремния толщиной 0,055-0,075 мкм на
кремниевый подслой позволяет реализовать черную окраску покрытия вследствие низкого
интегрального отражения и пропускания излучения в видимой области спектра.
Источники информации:
1. Вершина А.К., Агеев В.А. Ионно-плазменные защитно-декоративные покрытия. Гомель: ИММС, 2001. - 172 с.
2. Романов А.А. Декоративные покрытия // Оборудование и инструмент.- 2003.№ 4(29).- C. 30-34.
3. Фурман Ш.А. Тонкослойные оптические покрытия. - Л.: Машиностроение, 1977. 264 с.
4. Колтун М.М. Многослойное черное зеркало//ЖПС.- 1970.- Т. 12.- № 2.- C. 350-352.
5. Колтун М.М., Молчанова В.П., Юппец Ф.Р., Гаврилова И.П. Исследование характеристик электрохимических покрытий коллекторов солнечной радиации // Гелиотехника.1979.- № 6.- C. 84-85.
6. Колтун М.М., Гаврилова И.П. Оптимизация оптических характеристик многослойных селективных покрытий // ЖПС.- 1981.- Т.34.- № 4.- C. 749-751.
7. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. - М.: Радио и
связь, 1982. - 72 с.
5
BY 13233 C1 2010.06.30
8. Яковлев П.П., Мешков Б.Б. Проектирование интерференционных покрытий. - М.:
Машиностроение, 1987. - 192 с.
9. Яковлев П.П. Антибликовые покрытия для защитных экранов дисплеев // Оптический журнал.- 1998.- Т. 65.- № 3.- C. 83-84.
10. Патент РФ 2186414, 2002.
11. А.с. СССР 1297502, 1985.
12. А.с. СССР 823331, 1981 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
163 Кб
Теги
by13233, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа