Пленкообразующий состав для получения покрытий на кварцевом стекле

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (!1)

3(5ц С 03 С 17/22

4 А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«В (21) 3446607/29-33 (22) 28.05.82 (46) 15.04.84. Бюл. № 14 .(72) Э.Ф. Маркина, В.М. Кафыров, В.М. Фирсов, В.М. Новосадова, А,В. Чумакова, В.В. Антонов и С.В. Градецкая (53) 666.1.056(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

¹ 821428, кл. С 03 С 17/02, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР № 607544, кл. С 03 С 17/22, 1978.

3. Суйковская Н.Ф. Химические методы получения тонких проэрачных пленок. Л., "Химия", 1971, с..49 (прототип).

c 3 ц (54) (57) ПЛЕНКООБРАЗУЙЦИЙЯОСТАВ ДЛЯ

ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИИ НА КВАРЦЕВОМ

СТЕКЛЕ, включающий тетраэтоксисилан, этиловый спирт, соляную кислоту, и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости покрытия и диффузии примесей ионов одно- и двухвалентных металлов, он дополнительно содержит фосфорнокислый алюминий при следующем соотношении компонентов, MBciX.

Тетраэтоксисилан 5-30

Этиловый спирт 30-60

Соляная кислота 1-20

Вода 0,5-5

Фосфорнокислый алюминий 5-40

1085944

Изобретение относится к формированию защитных покрытий, блокирующих проникновение примесей и повышающих кристаллиэационную устойчивость кварцевого стекла, и может быть использовано в реакторах диффузионных процессов и в изделиях электронной техники.

Известно, что кварцевое стекло наряду с рядом ценных свойств обладает повышенной склонностью к кристаллизации и диффузии различных примесей, особенно при температурах свыше

1000 С. Следствием кристаллизации является разрушение изделий из кварцевого стекла, а также ухудшение параметров приборов ввиду нарастающего увеличения примесей.

Известен состав покрытия на основе А1, О,, а также с добавками

8i03 и В20э, наносимый на кварцевые трубы гаэопламенным распылением исходного порошка (1) . Полученное указанным способом покрытие обладает по вышенной прочностью по отношению к основе и позволяет резко замедлять кристаллизацию кварцевого стекла вследствие снижения диффузии примесей и, как результат этого, увеличить срок службы иэделий в 2-4 и боее раз в зависимости от типо-npo; . цесса, Однако применение указанного покрытия ограничено из"за большой шероховатости, затрудняющей обработку изделий с целью очистки поверхности; отсутствия прозрачности, исключающей визуальное наблюдение эа процессами внутри труб и пирометрический контроль температур; особенностей конструктивного оформленния газопламенных горелок и их высокой технологической температуры, практически исключающей нанесение покрытия на внутреннюю поверхность труб.

Известен пленкообраэующий состав на основе фосфорной кислоты, воды, фосфата алюминия и модифицирующих добавок: окиси магния или цинка и некоторых других, который позволяет снизить кристаллиэационную способность кварцевого стекла и диффузию через него примесей (21 .

Однако покрытие на основе указанного состава обладает невысокой механической прочностью, особенно в условиях значительных перепадов температур.

10 Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является пленкообразующий состав, включающий тетраэтоксисипан, этиловый спирт, соляную кис15 лоту и воду, позволяющий формировать на поверхности кварцевых стекол пленку SiO )3j .

Полученная пленка отличается более высокой плотностью и повышенной кристаллизационной устойчивостью по сравнению с основой. Большим преимуществом указанного состава является низкая температура формирования покрытия, равная 450 С. Однако данное о покрытие по эффективности снижения кристаЛлизационной способности кварца и устойчивости к диффузии примесей металлов уступает покрытиям, в которых присутствуют соединения алюминия.

Цель изобретения — повышение устойчивости покрытия к диффузии ионов 1- и 2-валентных металлов.

Поставленная цель достигается тем, что пленкообразующий состав для получения покрытий на кварцевом стекле, включаняций тетраэтоксисилан, этиловый спирт, соляную кислоту и воду, дополнительно содержит фосфорнокис40 лый алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Тетраэтоксисилан 5-30

Этиловый спирт 30-60

Соляная кислота 1-20

Вода О, 5-5

Фосфорнокислый алюминий 5-40

В табл. 1 приведены конкретные примеры предлагаемого покрытия.

1085944

Таблица

Концентрация компонентов, мас.Х

Компоненты

6 7

i I

15 30

60 44

8 20

С Н 0Н

30 25

50 50

30

1 14,5

HCl

0,5

0,5

Н 0

Al (PO ) 3

15

40

20

Для получения покрытия берут составные части пленкообразующего состава в соотношениях, указанных в табл. 1.

При введении в состав пленкообра" 25 зующего раствора Al(PO,) ниже 5Х формируемое покрытие не препятствует диффузии ионов металлов сквозь стенку изделия из кварцевого стекла.При введении Al(PO,), свыше 40Х покрытие у» не формируется, происходит его комкование.

Соляная кислота выполняет функции регулятора пленкообразования. При введении НС1 ниже 1Х. покрытие не растекается по поверхности иэделия и формируется неравномерно по площади. При концентрации НС1 выше 20Х пленкообразующий раствор обладает повышенной вязкостью и покрытие не 4р растекается по поверхности изделия.

Введение в состав покрытия воды обусловлено оптимизацией скорости формирования покрытий. Уменьшение концентрации Н,О ниже 0 5Х замедляет 45 процесс формирования покрытий до нескольких суток. Введение H O выше

5Х приводит к такому росту скорости формирования, что в покрытии возникают напряжения, приводящие к образованию трещин.

Этиловый спирт является растворителем и его содержание лимитировано концентрацией соляной кислоты и воды.

Компоненты смешивают механическим путем. Нанесение полученного состава на поверхность кварцевого стекла осуществляют кистевым, тампоновым методом или методом погружения.

После выдержки на открытом воздухе в течение 5-10 мин производят термообработку нанесенного покрытия при 1250-1500 С кислородно-водородным пламенем или в печи.

Предлагаемый пленкообразукяций состав позволит получать на кварцевом стекле плотные покрытия с гладкой поверхностью, прозрачные или полупрозрачные с высокими механическими характеристиками при одновременном обеспечении более низкой температуры формирования покрытия

1250-1500 С (для покрытия на основе о окиси алюминия — 3000 С). Кроме тога, нанесенное покрытие достаточно пластично, что позволяет вести его совместную горячую обработку со стеклом (вытяжку, формование и т.д.).

В табл. 2 приведены сравнитель,ные свойства кварцевых труб с покрытиями в соответствии с изобретением, прототипом и аналогами.

Таблица 2 ть мна23 ° 10 1,6.1О

-5

2О 300 - 1,3 10

100

Без покрытия

Покрытие проз- О, 2 80 рачное

С покрытием по про тотипу (из чистого тетразтоксисилана) -5

35 3080 - б, 7 ° 10

Покрытие непроз- 60 65 рачное

С покрытием по авт.свт. 1« 821423 (распыление порою" ка Al 0 - Si0 ) Предлагаемые составы

Покрытие прозрачное.а4

93 1250 747 "10 4,3. IO

87 1250 6,8.10 3, 7.10

10 7

15 13

Покрытие полул прозрачное 23 17 83 1250 4, 2а10 3, 3 "1 0

Покрытие покрывает подло2кку несплоинымн слоем, растрескивается в температурном интервале формирования

Л р и и е ч а н и е. Свойства покрытий, полученных на основе составов 4, 5 и б аналогичны свойствам покрытий, полученных на основе составов 1, 2, Э .

Применение предлагаемого пленкообразующего состава позволяет примерно в 10 раз замедлить диффузию примесей одно- и двухвалентных ионов металлов в кварцевое стекло, а следовательно, повысить в 3-5 раз кристаллиэационную устойчивость кварцевого стекла, снизить технологическую "емпературу синтеза покрытий с

3000 С до 1250-1500 С.

ВНИВПН Заказ 2162/22 тираж 469 Иолииоиоа

Филиал ШШ айатаита„r уаа орал,рл.Прооктиаи, 4

Как следует из данных, приведен-.

40 ных в табл. 2, предлагаемый состав обладает способностью резко замедлять диффузию примесей в кварцевое стекло и, как следствие, повьппать крис сталлизационную устойчивость последнего в 5 раз. При этом температура синтеза покрытия иэ предлагаемого состава ниже температуры синтеза иэ известных составов. и

>д С ние о е л»

«ооя) Эффективность сникения кристал" лизацион ной слособности по сравнению с исходньаФ стеклом, Д, мки

Диффузионная устойчивость покрытия (по одеркани«2

ИОНОВ N22+Н

Си24 на внут-. ренней поверх ности трубы по;.ле выдерж ки при 1250 С в течение 1000 ч), й