CVD покрытия

Применение и преимущества CVD покрытий

CVD покрытия предназначены для увеличения наработки на безотказную работу и сокращения затрат за счёт предотвращения коррозии, загрязнения и частого технического обслуживания. В метрологии CVD покрытия применяются для точности измерений.

Чаще всего порываются защитным покрытием следующие детали и технологические компоненты

Энергетика	Метрология	Полупроводниковая промышленность
· Теплообменники · Трубопроводы · Фильтры · Реакторы и камеры · Клапаны и компоненты насосов	· Диагностические зонды и сопла · Колонки ВЭЖХ · Пробоотборники и пробоотборные системы · Технологические трубки и трубки для перекачки проб · Компоненты медицинского оборудования для анализа медицинских образцов в т.ч. для предотвращения слипания белков и тромбоцитов · Предметные стекла	· Компоненты для очистки выхлопных газов и борьбы с ними · Системы подачи газа · Камеры эпитаксии и вспомогательные детали · Технологические трубы, клапаны и соединители · Компоненты для обработки пластин · Баблеры и баллоны для прекурсоров

Производители и поставщики CVD покрытий

Поставщик CVD покрытия	Страна происхождения	Техническое описание
Restek Co	США	Silcosteel® Siltek™ Sulfinert®
SilcoTek Co	США	SilcoNert Silcolloy SilcoKlean Siltride Dursan Dursox Notak
Scott Gas	США	Aqulife Acuclean
Linde Gas	Германия	SPECTRA-SEAL
ISKRA Engineering	Россия	SiVD

ТАБЛИЦА

Применимости различных типов баллонов для различных газовых смесей

Тип покрытия	Компонент	Объемная доля компонента
Aculife IV	СО и СО 2 О 2 СН 4 и С 3 Н 8 природный газ автомобильный газ NO NH3 SO2 H₂S N₂ O SF6 H₂ O C₂ H₅ OH, C₄ H₉ OH	1 ppm – 20 % 1 ppm – 25 % 1 ppm – 10 % > 100 ppm 30 – 300 ppm >100 ppm 1 – 1000 ppm 1 – 1000 ppm 0,001 – 1000 ppm
Quantum	NO2 NO, NO2 NO, NO2	> 100 ppm до 100 ppm до 10 ppm
Spectra Seal II	SO2 SO2	до 100 ppm до 10 ppm
Acuclean	VOC (лету. орг. соед.) бензол, толуол, ксилол	1 – 100 ppb

Примечание: Материал баллонов со всеми типами покрытий — алюминий

Варианты подготовки баллонов по технологии

Scott Aculife®

№	Вид подготовки	Тип баллонов	Для чего применяется
1	Aculife 3	Все	Основная подготовка баллонов
2	A culi f e 3 LC (Long Cycle)	Все	Для не очень агрессивных компонентов, например, загрязняющие смеси по протоколу EPA
3	Aculife 4	Все	Для смесей с низкими концентрациями, агрессивных и чувствительных к влаге
4	Megalife™	Все	Для смесей с низкими концентрациями и очень чувствительных к влаге, например, до-ppm NO и SO2, ppm NO2
5	Aculife 5	Углеродистая сталь	Для очень агрессивных компонентов и окислительных смесей, например, c HCl требуются стальные баллоны
6	A culi f e 6 (AcuClean)	Алюминиевые	Для вязких компонентов, тяжёлых углеводородов, например, многокомпонентных углеводородных смесей
7	Aculife 7	Алюминиевые	Для окислительных смесей, например, смесей Cl₂
8	A culi f e 8	Алюминиевые	Для очень вязких компонентов, например, смесей формальдегида, токсичных органических смесей с уровнем ppb

На сегодня лидерами в области кремниевых CVD покрытий являются компании Restek Co (США) и SilcoTek Co (США), см. описание покрытий в таблице ниже. Мы предлагаем свою российскую альтернативу – cульфинертное покрытие SiVD для ОСЧ газов 7.0 и ответственных метрологических измерений по ГОСТ 31370–2008 «Газ природный (руководство по отбору проб)» в целях обеспечения инертности внутренних поверхностей по СТО ИНТИ S.00.1 – 2022.

Артикул	Наименование	Минимальный заказ	Цена руб. без НДС по усн	Сроки
Т-ОСЧ-Si	Трубка для ОСЧ газов	5 м	от 15100	2 недели
Ф-ОСЧ-Si	Фитинг трубный ОСЧ	5 шт	от 10000	2 недели
АК-Х-Si	Аналитическая колонка для ГХ и ВЭЖХ	5 шт	от 27500	2 недели
УВП-Х-Si	Устройство ввода пробы в ГХ и ВЭЖХ	5 шт	от 25000	2 недели
П-ОСЧ-Si	Пигтейл для ОСЧ газов	2 шт	от 12700	2 недели
Ф-ОСЧ-Si	Газовый фильтр для ОСЧ газов	2 шт	от 6300	2 недели
ГР-ОСЧ-Si	Газовый редуктор	1 шт	от 12800	2 недели
К-ОСЧ-Si	Баллонный запорный вентиль	2 шт	от 13000	2 недели
Б1-ОСЧ-Si	Баллон 1 л. БД (П) 7-1-9,8 или БМК-300В-1-2-1-1-88	1 шт	от 63000	2 недели
Б4-ОСЧ-Si	Баллон 4л БД(П) 12-4-9,8 или БМК-300В-4-2-1-1-117	1 шт	от 99850	2 недели

Примеры чистых SiVD компонентов

Трубка для ОСЧ газов	Фитинг трубный ОСЧ	Пробоотборник БМК-300 В-1-2-1-2-88	Устройство ввода пробы
Пигтейл для ОСЧ газов	Керамический фильтр 2 мкн	Сетка сепаратора	Баллонный запорный вентиль

Покрытие Si-VD доказательно обеспечивает:

максимальную достоверность анализа при минимальном (следовом) содержании активных компонентов в пробе;
стабильность определения активных компонентов с течением времени;
обработку большого количества проб без повторной калибровки

Основные отличительные характеристики покрытия SiVD

Параметр сравнения	Покрытие Si-VD «ISKRA-Engineering»	Покрытие корпорации SilcoTek
метод нанесения	химическое осаждение из паровой фазы с плазменной активацией PACVD	химическое осаждение из паровой фазы CVD
температура изделий в процессе нанесения покрытия	менее 200°С	порядка 400°С
используемые в процессе нанесения материалы	аргон, азот, кремнийуглеродосодержащие органические и неорганические жидкости	силан, этилен, кислород
материал покрытия	многослойный гидрогенизированный аморфный кремний с верхним многослойным покрытием из оксикарбонитрида кремния	многослойный гидрогенизированный аморфный кремний с верхним покрытием из оксикарбида кремния (покрытие SilcoNert®)
толщина покрытия	до 2 мкм	0.1–0.5 мкм (например, покрытия SilcoNert®)
кол-во монослоев	от 50 до 250	до 10 (покрытие DurSan®)
коэффициент трения	0.1	0.36 (покрытие DurSan®)
коэффициент износостойкости, ×1E–13 м3Н–1м–1	4.6	6.13 (покрытия DurSan® и DurSox™)

Сущность плазменного осаждения в нанесении покрытий толщины менее 10 мкм путем конденсации компонентов паровой или газовой фазы в условиях обработки частицами высоких энергий в вакууме, осаждения высокоэнергетических ионов, а также атомов и молекул с участием плазмохимических процессов или использования плазменных струй, насыщенных парами реагентов и истекающих при атмосферном давлении.

Процессы плазменного осаждения при атмосферном давлении (финишное плазменное упрочнение) – нанесение покрытий за счет плазмохимических реакций реагентов, прошедших через дуговой или высокочастотный плазмохимический реактор. Это может быть физическое осаждение из газовой фазы (PVD) или ионно-плазменное осаждение – вакуумные процессы, в которых необходимый для получения покрытий материал за счет испарения или распыления переводится в газовую (паровую) фазу, имеющей тот же состав, что и покрытие, а сам процесс происходит в присутствии нейтральных или химически активных газов. Так же это может быть химическим осаждением из газовой фазы (CVD) – процесс, проводимый при атмосферном давлении в камерах (в отдельных случаях – вакуумных), за счет прохождения химических реакций используемых газообразных реагентов, при этом составы газовой фазы и покрытия существенно различаются.

Плазменное осаждение применяется в изготовлении деталей, технологической оснастки и инструмента. Этот метод предусматривает финишную модификацию поверхности за счет нанесения тонкопленочных функциональных покрытий, обеспечивающих такие свойства как износостойкость, антифрикционность, коррозионностойкость, жаростойкость, разгаростойкость, антисхватывание, стойкость против фреттинг-коррозии и др. Основная цель применения плазменного осаждения – повышение надежности и долговечности изделий, придание декоративных свойств поверхности.

Выбор метода осаждения основывается на получении оптимальных адгезионных, физико-механических, трибологических и других функциональных характеристик покрытия при использовании конкретного материала основы, температуры процесса (интегральной температуры изделия, температуры контакта при взаимодействии фаз), длительности взаимодействия фаз (толщины покрытия) и других параметров.

Отличия плазменного осаждения от других покрытий состоит в том, что осаждение обеспечивает высокую адгезионную прочность покрытия к основе за счет применения физических процессов подготовки и активации поверхности (нагрева и предварительной очистки поверхностей тлеющим разрядом, бомбардировкой ионами инертных газов); отсутствие изменений (или незначительные изменения) параметров шероховатости поверхности после нанесения покрытий.

Характеристики покрытий корпорации SilcoTek

покрытие	материал	температура эксплуатации, °С	угол смачивания	толщина, мкм	коэф. трения	коэф. изно-состойкости, х1E–13, м3Н–1м–1**	pH среды***	характеристики
SilcoNert® (суперинертное)	кремний*	от -210 до +450	80	0.1–0.5	0.7	14	0–8	неактивность поверхности, повышенная адгезия при высоких температурах, является альтернативой фторполимерам
DurSan® (коррозионно-износостойкое, химически инертное, с верхним керамическим слоем)	(кремний, кислород, углерод)*	от –210 до +450	104	0.4–1.6	0.358	6.13	0–14	защита от коррозии, гидрофобность, двухкратное повышение износостойкости по сравнению с нержавеющей сталью, легкую очищаемость поверхности
Silcolloy® (устойчивое к окислению при высокой температуре)	кремний	от –210 до +1140	54	0.18–0.8	0.7	14	0–8	защита от окисления, предотвращение выщелачивания ионов металлов из поверхности, используется в условиях повышенных температур
SilcoKleanTM (антинагарное)	кремний*	от –210 до +1100	80	0.1–0.5	0.7	14	0–8	предотвращение закоксованность, образования нагара при воздействии горячих топливных газов, используется в деталях для транспортировки топлива и выхлопных газов
SilcoGuard®(с низким уровнем дегазации в сверхвысоком вакууме)	кремний	от –210 до +1400	80	0.18–0.6	0.7	14	0–8	повышенные барьерные свойства, высокая чистота вакуумных сред, предотвращение выхода ионов в сверхвысоком вакууме
DurSox™ (с верхним керамическим слоем)	(кремний, кислород, углерод <2%)*	от –210 до +1400	40	0.4–1.6	0.378	6.13	0–14	повышенная долговечность, влагостойкость, защита от коррозии и эрозии, используется в промышленном оборудовании и полупроводниковых производствах

* функциализированный — с направленным изменением физико-химических свойств за счет фиксирования на поверхности органических и неорганических молекул. ** для сравнения: коэффициент износостойкости нержавеющей стали AISI 304 составляет 13.81×1E–13 м3Н–1м–1. *** В таблице представлен водородный показатель pH сред, для которых рекомендуется использование покрытия.

Покрытие Si-VD используется в системах контроля качества продукции в нефтяной и газовой промышленности (для измерений качества сжиженных углеводородных газов при определении содержания сероводорода, влажности в количествах на уровне единиц или десятых долей ppm или ppb), в элементах хроматографов, для пассивации и повышения коррозионной стойкости различных систем отбора, хранения и переноса проб природного газа. Надежная пассивация представляет исключительную важность при работе с редкими, чистыми и токсичными газами. Необходимость использования таких химически инертных покрытий определяется требованиями ГОСТ 31370–2008 «Газ природный (руководство по отбору проб)». При этом в пробоотборниках с химически инертным покрытием Si-VD долговременно сохраняется исходный состав газа, а в элементах хроматографов не изменяются результаты поточного анализа.

Покрытие Si-VD специально разработано для защиты от химически активных материалов (серы и серосодержащих соединений, ртути, аммиака, спиртов, ацетатов, гидридов, соляной, азотной, серной кислот и других), которые способны изменять состав, адсорбироваться или взаимодействовать с поверхностным слоем. Данное покрытие может эффективно использоваться не только для работы с чистыми и агрессивными газами, но и для уменьшения образования различных углеродистых отложений (нагара, лака, шлама), связанных с горением топлива, высокотемпературным и окислительным воздействием компонентов масла. Кроме того, покрытие Si-VD применимо для минимизации загрязненности газовых сред в вакуумных технологиях при изготовлении полупроводниковых устройств, в процессах ионного травления, атомно-слоевого осаждения, газофазной эпитаксии, озонирования.

Покрытие Si-VD обладает большим потенциалом для применения в авиационной, космической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, биофармацевтической, энергетической (мониторинг выбросов) промышленности, в полупроводниковой отрасли, при создании альтернативных источников энергии и др.

Пример проведенного нами комплексного восстановления и SiVD пассивации внутренней поверхности пробоотборника из нержавеющей стали

Общий вид пробоотборника из AISI 324 для агрессивных газов

Исходная внутренняя поверхность пробоотборника после 20 лет эксплуатации в агрессивной среде

Внутренняя поверхность после химполировки

Внутренняя поверхность после парофазного осаждения кремния методом SiVD

Метрологические характеристики покрытия SiVD

Параметр	Значение
толщина покрытия	5 мкм
количество монослоёв	200
коэффициент износостойкости	4,6
температура эксплуатации, °С	-200….+1100
погрешности концентраций ПГС при экспозиции семь дней	< 1 % для CO1 ppm+N₂

< 1 % для CH3SH 1ppm+N₂

< 1 % для NO1 ppm+N₂

< 1 % для H₂S 1ppm+N₂

< 1 % для SO2 1 ppm+N₂

Презентация инертного покрытия SiVD