Основу методов составляют процессы (CVD, PECVD) формирования покрытий при пиролизе (водородном восстановлении) газообразных химических соединений из паровой фазы различных элементов в условиях атомно-ионного модифицирования поверхности и возбуждения неравновесной низкотемпературной плазмы с температурой активных частиц, достигающей миллионов градусов.
Формирование покрытий CVD методом происходит за счет протекания на нагретой поверхности изделий гетерогенных процессов разложения (водородного восстановления) металлсодержащих химических соединений (карбонилы металлов Fe, Mo, Cr, W, металлорганическая жидкость "Бархос", иодидные или хлоридные соединения) находящихся в реакционном объеме в газообразном состоянии.
Благодаря высокой подвижности и интенсивности процессов массопереноса, присущих газообразным средам, метод CVD покрытий обладает исключительной "кроющей" способностью. Возможность обеспечивать высокие массовые потоки металлсодержащего соединения в газообразном состоянии к покрываемой поверхности позволяет реализовать высокую производительность процессов нанесения покрытия, в которых скорость роста может достигать от нескольких сотен микрон в час до нескольких миллиметров в час.
Высокая поверхностная подвижность адсорбированных металлсодержащих соединений позволяет в CVD процессах получать покрытия с плотностью, близкой к теоретической, при температурах ~ 0,15-0,3 от температуры плавления материала, что недоступно для других методов нанесения покрытий, а также формировать совершенные эпитаксиальные покрытия.
Относительная простота очистки от большинства примесных элементов на стадии получения металлсодержащих соединений благодаря избирательности процессов химического взаимодействия исходных продуктов на нагретой поверхности, дополнительная дистилляция в процессе его перевода в газообразное состояние из твердого или жидкого состояния, в котором эти соединения обычно находятся при нормальных условиях, обусловливают высокую степень чистоты получаемых CVD методом покрытий.
Мощным инструментом воздействия как на кинетику CVD процессов нанесения покрытий, так и свойства покрытий является плазменная поддержка (PECVD). Применение различных приемов возбуждения плазмы в реакционном объеме и управление ее параметрами позволяет интенсифицировать процессы роста покрытий, сдвигать их в область более низких температур, делает более управляемыми процессы формирования заданного микрорельефа и структуры покрытия, примесного состава и других характеристик покрытия.
Таким образом, среди известных методов нанесения покрытий высокого качества методы CVD и PECVD находятся вне конкуренции в большинстве случаев, когда необходимо:
- Наносить равномерные по толщине, высокоплотные покрытия на изделия сложной формы с развитой поверхностью, в том числе, на внутренние поверхности, протяженные и глухие полости, отверстия, трубы с отношением l/d>>1.
- Получать покрытия из тугоплавких, труднообрабатываемых металлов, сплавов и соединений с плотностью близкой к теоретической и высокой чистоты, формировать из них самонесущие изделия различной геометрии.
- Наносить покрытия на порошки и другие сыпучие материалы, пропитывать (уплотнять) пористые структуры.
Использование газофазных и плазмохимических методов в комплексе с другими методами нанесения покрытий и модифицирования поверхности (методов ионного легирования, имплантации, вакуум-плазменными, диффузионными, вакуум-термическими методами и др.) в еще большей мере расширяет возможности создания принципиально новых материалов и покрытий.
- Нанесения жаропрочных и теплостойких покрытий из тугоплавких металлов, сплавов, соединений на узлы и детали машин, приборов, работающих в условиях больших тепловых нагрузок.
Нанесения покрытий для защиты различных деталей и узлов, лопаток турбин и др от коррозии в агрессивных и особо агрессивных жидких и газовых средах, для защиты от высокотемпературной и атмосферной коррозии.
- Упрочнения режущего, формообразующего, вырубного, перфорационного инструмента и деталей машин с помощью высокопрочных металлокерамических, алмазных и др. покрытий.
Восстановления изношенных деталей и узлов, замена гальванических методов нанесения покрытий на "сухие" экологически чистые ионно-плазменные методы
Уникальные структура и свойства ионно-конденсированных материалов (аморфные, нанокристаллические, микрослоистые структуры, сверхвысокая твердость, высокая чистота, исключительно высокая прочность сцепления с самыми различными подложками, особые физико-химические, электрофизические и др. свойства).
Экологическая чистота и широкая гамма покрытий (практически из любых элементов), в том числе W, Re, Ta, Nb, Cr, V, Ti, Al, B, их сплавы, тугоплавкие оксиды, карбиды, нитриды, а также металлокерамические композиции на основе тугоплавких металлов и оксидов.
Возможность варьирования скорости нанесения покрытий в широких пределах от единиц до нескольких тысяч микрометров в час, что позволяет контролируемым образом получать как тонкие пленки с заданной структурой и составом, так и формировать изделия с толщиной стенок до 10 и более мм из различных, в том числе, труднообрабатываемых (например, W) материалов и уникальных сплавов из несмешиваемых компонентов (например, Mo-Cu) (ионно-плазменная металлургия).
Самая высокая "кроющая" способность среди всех известных методов, что обеспечивает формирование однородных по толщине покрытий на поверхностях самой сложной геометрии, включая глухие отверстия, внутренние полости и трубы с L/d >> 1 (L -длина трубы, d - ее диаметр).
Использование в комплексе плазмохимических и ионно-плазменных методов нанесения покрытий, ионного легирования, имплантации, модифицирования поверхности в сочетании с другими методами (диффузионными, электронно-лучевыми, вакуум-термическими) в еще большей мере расширяет возможности создания принципиально новых материалов и покрытий.
Разработка базовых технологических процессов и конкретных технологий, основанных на модифицировании поверхности при имплантации ионов, нанесении покрытий при осаждении из газовой фазы (CVD-процессы), ионно-плазменных и плазмохимических процессах (PECVD-процессы) для применения в:
машиностроении и транспорте (упрочнение режущего, формообразующего инструмента, упрочнение деталей машин, повышение их коррозионной стойкости, восстановление изношенных деталей и узлов, замена гальванических методов нанесения покрытий на "сухие" экологически чистые ионно-плазменные методы и др.);
микроэлектронике и приборостроении (технологии и оборудование для получения и обработки полупропроводниковых материалов и монокристаллов, особо чистые материалы, тепловые трубы, высокочистые тигельные материалы и др., оборудование и технологии для производства элементной базы );- в стекловаренной промышленности (покрытия на тигли, мешалки, отводы для защиты как материала изделий от разрушения стекломассой, так и защита стекломассы от попадания примесей и обеспечение бессвильности)
химической и нефте-газовой промышленности (защитные покрытия различных деталей от атмосферной коррозии и коррозии в агрессивных газовых и жидких средах);
горно-добывающей промышленности (упрочнение бурового инструмента с помощью высокопрочных металлокерамических, алмазных и др. покрытий);
энергетике (защита лопаток турбин для тепловых и атомных станций, фрикционные и антифрикционные покрытия деталей турбин, функциональные SOFC материалы (электролитные, электродные для твердооксидных топливных ячеек, для электрохимических генераторов (ЭХГ), высокотекстурированные и др. функциональные материалы для термоэлектрического, термоэмиссионного преобразования энергии);
ракетной и космической высокотемпературной технике (защита высокотемпературных материалов от атмосферной и газовой коррозии при высоких температурах);
медицинской и фармацевтической промышленности (упрочнение медицинского и фармацевтического инструмента, изготовление полифункционального емкостного фармацевтического оборудования из новых коррозионностойких материалов с покрытиями для изготовления лекарственных субстанций).
