نمونه قطعات پوشش داده شده

pvd TIN قطعات صنعتی مقاوم به خوردگی
قطعات مقاوم به خوردگی
پروتز زانوی مصنوعی مقاوم به سایش
رگلاتور گاز ایستگاه تقویت فشار
سگمنت اکسترود پلاستیک و کامپوزیت
پوشش مقاوم به سایش در قطعات تحت سایش شدید
پوشش مقاوم به سایش در قطعات تحت سایش شدید
ایمپلر پمپ اینتگرال گیر

نمونه قالب های پوشش داده شده

پوشش پی وی دی قالب پانچ ورق
قالب پانچ ورق
پوشش pvd بر روی قالب اکستروژن سرد
قالب اکستروژن سرد
ابزار شکل دهی ورق ضخیم پوشش pvd
ابزار شکل دهی ورق ضخیم
قالب کشش سیم
قالب فرم ورق در صنایع غذایی
پوشش pvd قالب پانچ ورق
قالب پانچ ورق

نمونه ابزار های پوشش داده شده

ابزار تراشکاری فلزات
مته سوراخکاری قطعات مسی
مته سوراخکاری قطعات مسی
پوشش pvd بر روی فرز انگشتی
فرز انگشتی
پوشش pvd ابزار حدیده کاری
ابزار حدیده کاری
ابزار تراشکاری صنعت طلا و جواهر
ابزار تراشکاری صنعت طلا و جواهر
ابزار ماشینکاری

نمونه پره های پوشش داده شده

پوشش pvd پره کمپرسور
پره کمپرسور توربین گازی
پوشش مقاوم به فرسایش و خوردگی بر پره کمپرسور
پوشش مقاوم به فرسایش و خوردگی بر پره کمپرسور
پوشش مقاوم به فرسایش پره توربین بخار
پوشش مقاوم به فرسایش پره توربین بخار
پوشش نانولایه مقاوم به فرسایش در صنعت هوایی
پوشش نانولایه مقاوم به فرسایش در صنعت توربین
پره ثابت کمپرسور توربین گازی

آشنایی با رسوب­ دهی شیمیایی از بخار ( CVD ) – سی وی دی چیست ؟

مقالات علمی

اصولا در لایه ­نشانی دو روش کلی رسوب گذاری فیزیکی از فاز بخار و هدف از این مقاله مروری بر مکانیزم عملکرد و اصول کلی فرایند روش رسوب­ دهی شیمیایی از فاز بخار ( CVD ) است. همچنین در این مقاله مزایا و معایب این روش نسبت به سایر روش ها آورده است. روش رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار خود شامل انواع روش هایی است که با توجه ظرافت ها و پیچیدگی های روش قابل انتخاب است.

رسوب­ دهی شیمیایی از بخار (CVD) به فرآیندی گفته می­شود که شامل تجزیه و یا واکنش­های شیمیایی از واکنش­گرهای گازی در یک محیط فعال شده مانند (گرما، نور و پلاسما) می­شود و برای تولید و تشکیل یک محصول جامد پایدار استفاده می­گردد [۱].

Wet Blasting for PVD & CVD | Vapormatt

این فرآیند متعلق به دسته­ای از فرآیندهاست که انتقالات مواد در آن­ها از طریق گازها صورت گرفته و رسوبات ایجاد شده از آن اتم­ها یا مولکول­ها و یا ترکیبی از آن­ها می­باشد [۲].

رسوب گذاری شامل واکنش­های همگن گازی و یا واکنش­های شیمیایی غیرهمگن در مجاورت یک سطح حرارت داده شده می­باشد و در اثر این واکنش­ها به ترتیب پودرها و لایه­هایی به دست می­آید [۱].

این روش رسوب گذاری اتمی می­تواند موادی با خلوص بسیار بالا ایجاد کند که ساختار آن تا مقیاس اتمی یا نانومتری قابل کنترل می­باشد. علاوه بر این، فرآیند CVD می­تواند موادی تک لایه، چند لایه، کامپوزیت، نانو ساختار و پوشش­هایی با ساختار دانه بندی معین با کنترل ابعادی بسیار عالی و ساختار یک­نواخت در فشارهای پایین تولید کند [۱].

رسوب­ دهی شیمیایی از بخار ( CVD ) یک فرآیند مناسب برای ساخت و تولید پوشش­ها، پودرها، فیبرها و اجزاء یک­پارچه می­باشد. با این روش تولید اغلب فلزات، تعدادی از عناصر غیر فلزی مثل کربن و سیلیسیم و هم­چنین تعداد زیادی از ترکیبات شامل کاربیدها، نیتریدها، اکسیدها، ترکیبات بین فلزی و غیره ممکن است. این تکنولوژی اکنون یکی از فاکتورهای ضروری در ساخت نیمه رساناها و دیگر اجزاء الکترونیکی، پوشش ابزارها، یاتاقان­ها، قطعات مقاوم به سایش و خوردگی و وسایل نوری می­باشد [۲].

تاریخچه رسوب دهی شیمیایی از بخار – CVD

CVD یا رسوب دهی شیمیایی از بخار جزء تکنیک­هایی است که به طور نسبی پیشرفت زیادی داشته است. تشکیل دوده به دلیل اکسیداسیون ناقص هیزم در حال سوختن، در زمان­های ما قبل تاریخ احتمالا قدیمی­ترین نمونه رسوب گذاری با استفاده از CVD می­باشد. بهره برداری صنعتی از CVD به مقاله de Lodyguine در سال ۱۸۹۳ مربوط می­شود که تنگستن (W) را بر روی رشته­های لامپ کربنی از طریق کاهش WCl۶ به وسیله H۲ رسوب داده بود. در این دوره فرآیند CVD به عنوان یک فرآیند صنعتی اقتصادی در زمینه استخراج و پایرومتالورژی برای تولید فلزات دیرگداز با خلوص بالا مانند Ti، Ni، Zr و Ta گسترش داده شده بود [۱].

CVD vs PVD Coating - Which Should I Choose? | Cutwel - Cutting Tool  Specialist Cutwel Ltd

در ۴۰ سال گذشته کاربردهای CVD به طور فزاینده­ای رشد داشته است. تکنیک CVD اخیرا در ابعاد جدید با تکیه بر جنبه­های رسوب گذاری کاربردهای بسیار زیادی پیدا کرده است. تغییر کاربرد فرآیند CVD از استخراج به رسوب گذاری باعث شده است که فرآیند CVD یک تکنیک مهم در پوشش­دهی، برای تولید لایه­های نازک نیمه هادی­ها و پوشش­هایی با خصوصیات سطحی بهبود یافته مانند محافظت در برابر سایش، خوردگی، اکسیداسیون، واکنش­های شیمیایی، شک حرارتی و جذب نوترون به حساب آید [۱].

در اوایل سال ۱۹۷۰، فرآیند CVD موفقیت­های عمده­ای در ساخت نیمه هادی­های الکترونیکی و پوشش­های محافظ برای مدارهای الکترونیکی به دست آورد. این موفقیت­ها باعث گسترش سریع تکنولوژی CVD در حوزه­های دیگر مانند فرآیندهای سرامیکی شد به خصوص در سرامیک­های پیشرفته برای ساخت ابزارهایی که در دماهای بالا مانند مته­ها، تیغه­های توربین، کامپوزیت­های مقاوم شده با الیاف و سلول­های خورشیدی را فراهم کرده است. امروزه، تکنولوژی CVD اهمیت فزاینده­ای در زمینه­های هوافضا، نظامی، علم و مهندسی پیدا کرده است [۱].

 کاربردهای حاضر تکنولوژی رسوب دهی شیمیایی از بخار –  CVD می ­تواند در ۴ دسته مهم طبقه بندی گردد:

  • استخراج و پایرومتالورژی
  • مواد الکترونیک و اپتوالکترونیک
  • پوشش­های تغییر دهنده خواص سطحی
  • فیبرهای سرامیکی و کامپوزیت­های زمینه سرامیکی [۱]

 اصول کلی فرآیند CVD و مکانیزم رسوب گذاری

به طور معمول، فرآیند CVD از چندین مرحله تشکیل می­شود. شکل ۲ نمایی از دستگاه CVD و واکنش­هایی که در حین فرآیند اتفاق می­افتد را نشان می­دهد.

مراحل مختلفی که در حین فرآیند CVD رخ می­دهد عبارتند از:

  • تولید انواع واکنش­گرهای گازی فعال
  • انتقال انواع گازها به درون محفظه واکنش
  • واکنش­گرهای شیمیایی تحت واکنش­های گازی قرار گرفته و انواع فازهای میانی تشکیل می­گردد:

الف) در دماهای بالاتر از درجه حرارت تشکیل فازهای میانی درون محفظه، واکنش­های گازی همگن می­تواند روی دهد. در اثر این واکنش­ها پودرها و محصولات فرعی فرار تشکیل می­شوند. پودرها بر روی سطح نمونه قرار گرفته و می­توانند به عنوان هسته جدید شروع به رشد کنند. محصولات فرعی از محفظه رسوب گذاری خارج می­گردند. این نوع رسوب گذاری معمولا پوشش­هایی با چسبندگی ضعیف ایجاد می­کند.

Coatings | Free Full-Text | A Review on Sustainable Manufacturing of  Ceramic-Based Thin Films by Chemical Vapor Deposition (CVD): Reactions  Kinetics and the Deposition Mechanisms

ب) در درجه حرارت­های پایین­تر از دمای تجزیه فاز میانی، نفوذ انواع فازهای میانی در عرض لایه مرزی (یک لایه نازک نزدیک به سطح زیر لایه) اتفاق می­افتد. این فازهای میانی بعدا مراحل ۴-۷ بر روی آن­ها انجام می­شود.

  • جذب واکنش­گرهای گازی بر روی زیر لایه حرارت داده شده، و واکنش ناهمگن در فصل مشترک گاز و جامد اتفاق می­افتد (مانند زیر لایه حرارت داده شده) که رسوب و انواع محصولات فرعی را تولید می­کند.
  • رسوب­ها در امتداد سطح زیر لایه حرارت داده شده برای تشکیل مراکز کریستالی و رشد لایه نفوذ می­کنند.
  • محصولات فرعی گازی از لایه مرزی از طریق نفوذ و همرفت بر طرف می­گردد.
  • واکنش­گرهای گازی واکنش نداده و محصولات فرعی به خارج از محفظه رسوب گذاری انتقال داده می­شوند.

برای رسوب گذاری لایه­های فشرده و پوشش­ها، شرایط فرآیند باید به گونه­ای باشد که واکنش­های ناهمگن بیش­تر صورت گیرد. در حالی که، یک ترکیب از واکنش­های همگن و ناهمگن برای رسوب گذاری پوشش­های متخلخل ترجیح داده می­شود [۲].

فواید و مضرات CVD

با وجود این که CVD یک سیستم شیمیایی پیچیده به شمار می­رود، ولی فواید ممتاز فراوانی دارد که عبارتند از:

  • این روش قابلیت تولید مواد خالص و دارای فشردگی بالا را دارد [۴].
  • فرآیند CVD می­تواند لایه­های یکنواخت با قابلیت ساخت مجدد عالی و چسبندگی معقول در سرعت­های رسوب گذاری بالا ایجاد نماید [۵].
  • CVD فرآیندی است که نیروی پرتاب بالایی دارد و رسوب گذاری در آن بر خلاف روش­های پراکنشی، تبخیری و دیگر فرآیندهای PVD که رسوب گذاری در آن­ها به صورت جهت­دار صورت می­پذیرد، جهت­دار نمی­باشد. بنابراین می­تواند برای پوشش دادن شکل­های پیچیده و رسوب لایه­های با تطبیق پذیری عالی به کار برده شود. گودی­های عمیق، سوراخ­ها، و دیگر شکل­های سه بعدی پیچیده معمولا با استفاده از روش CVD به راحتی می­تواند پوشش داده شود و این ویژگی فرآیند CVD باعث برتری آن نسبت به PVD می­باشد [۶].
  • در این روش با کنترل پارامترهای فرآیند CVD می­توان ساختار کریستالی، مورفولوژی سطح و جهت گیری محصولات CVD را کنترل نمود.
  • در فرآیند CVD سرعت رسوب گذاری به راحتی می­تواند تنظیم شود. سرعت رسوب گذاری پایین برای رشد لایه­های نازک همبافته[۱] برای کاربردهای میکروالکترونیک مناسب می­باشد. با این وجود، برای رسوب گذاری پوشش­های ضخیم که کاربرد محافظتی دارند، یک سرعت رسوب گذاری بالا ترجیح داده می شود و می­توان سرعت را تا ده­ها میکرومتر بر ساعت افزایش داد [۱].

PVD Coating vs CVD: Common Coating Application Methods

  • تکنیک­های متداول CVD دارای هزینه­ های نسبتا پایینی می­باشند [۱].
  • انعطاف پذیری این روش در کاربرد وسیعی از واکنش­گرهای شیمیایی مانند هالیدها، هیدریدها و غیره که قادر به رسوب گذاری در یک طیف بزرگی از مواد شامل فلزات، کاربیدها، نیتریدها، اکسیدها، سولفیدها و غیره می­باشد [۲].
  • درجه حرارت رسوب گذاری نسبتا پایین می­باشد، و به همین دلیل فازهای مطلوب می­تواند رسوب گذاری شود. هسته گذاری و رشد مواد روی سطح زیر لایه در واکنش­های گازی با انرژی کم انجام می­گردد و این قادر می­سازد که مواد دیرگداز در درصد کمی از درجه حرارت ذوب­شان رسوب گذاری شوند [۱].

با این وجود، مضرات رسوب دهی شیمیایی از بخار – CVD شامل موارد زیر می­شود:

  • در این روش به خاطر استفاده از گازهای واکنش دهنده سمی، خورنده، قابل اشتعال و یا منفجره امنیت و سلامت به مخاطره می­افتد و باید در هنگام خروج از سیستم جمع آوری شده و با روش­های خاصی از بین برده شوند که خود این فرآیندها هزینه­های فراوانی را تحمیل می­نماید [۷].
  • در این روش به طور معمول از چند منبع که دارای مواد اولیه مختلف می­باشند برای ایجاد پوشش­های چند جزئی استفاده می­شود. از آن جایی که سرعت بخار شدن هر یک از مواد اولیه مورد استفاده در فرآیند با یکدیگر متفاوت است استوکیومتری محصولات به راحتی قابل کنترل نمی­باشد. با این وجود، این محدودیت می­تواند با استفاده از واکنش­گرهای شیمیایی تک منبعی بر طرف گردد. در این روش اگر تغییرات در حین فرآیند صورت پذیرد سیستم خود را با آن تطبیق داده و سازگار می­کند. به دلیل انعطاف پذیری این فرآیند با تغییرات درحین کار، پوشش­های ایجاد شده به این روش نیز در حین رسوب گذاری تغییر کرده و ترکیبات متنوعی حاصل می­گردد [۶].
  • استفاده از راکتورهای پیچیده و یا سیستم خلاء در انواع مختلف فرآیندهای CVD باعث افزایش هزینه­های تولید می­گردد [۱].
  • این فرآیند در درجه حرارت­های بالا مورد استفاده قرار می­گیرد و به همین دلیل موادی که پایداری حرارتی بالایی ندارند به این روش نمی­توان پوشش­دهی شوند [۱].

 

 نتیجه گیری:

مهندسی سطح یکی از تکنولوژیهای پیشرفته جهت توسعه و بهبود کیفیت مواد و قطعات به شمار می­رود. از این رو برای بهبود خواص قطعات، اعم از خوردگی، سایشی و غیره به روشهای مختلف استفاده می شود. روش رسوب گذاری شیمیایی فاز بخار یکی از روشهای نسبتا پیش رو و گسترده در عرصه پوشش­دهی بشمار می­رود. در این مقاله که تاکیدی بر این روش بود، نسبت به روش رسوبگذاری فیزیکی از فاز بخار مزایایی دارد (چسبندگی بالاتر و امکان پوشش قطعات پیچیده) که این امر مهندسان سطح را با روش­های و کارکردهای مختلف مواجه می­سازد.

 

 مراجع

 

[۱] H O. Pierson, “HANDBOOK OF CHEMICAL VAPOR DEPOSITION(CVD) Principles, Technology, and Applications”, ۲th Ed, NOYES PUBLICATIONS Park Ridge, New Jersey, U.S.A, 2001.

[۲] K. L. Choy, “Chemical vapour deposition of coatings”, Progress in Materials Science 48 (2003) 57–۱۷۰.

[۳] http://ipn2.epfl.ch/CHBU/images/cvd.gif.

[۴] E. Badisch, M. Stoiber, G.A. Fontalvo, C. Mitterer, “Low-friction PACVD TiN coatings: influence of Cl-content and testing conditions on the tribological properties”, Surface and Coatings Technology 174 –۱۷۵ (۲۰۰۳) ۴۵۰–۴۵۴.

[۵] ASM, “Metals Handbook”, ۳th Ed, Vol 18, 840-849.

[۶] K. S. Mogensen, N. B. Thomsen, S. S. Eskildsen, C. Mathiasen, J. Bottiger, “A parametric study of the microstructure,mechanical and tribological properties of PACVD TiN coating”, Surface & Coatings Technology 99 (1998) 140-146.

[۷] K. S. Mogensen, N. B. Thomsen, S. S. Eskildsen, C. Mathiasen, J. Bottiger; “A parametric study of the microstructure,mechanical and tribological properties of PACVD TiN coating”; Surface and Coatings Technology 99 (1998) 140-146.

برگرفته از پایان نامه کارشناسی ارشد، حمید مطهری/رسول ملک فر، دانشگاه تربیت مدرس.

نوشتهٔ پیشین
لایه نازک چیست ؟ راهنمای دانش آموزان
نوشتهٔ بعدی
سایش چیست ؟ انواع سایش و مکانیزم های آن

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

keyboard_arrow_up