РЕАГИРУЮЩИЙ С ВОДОЙ Al КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ, РЕАГИРУЮЩАЯ С ВОДОЙ Al ПЛЕНКА, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННОЙ Al ПЛЕНКИ И СОСТАВЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕЙ КАМЕРЫ
Al COMPOSITE MATERIAL REACTING WITH WATER, Al FILM REACTING WITH WATER, METHOD TO PRODUCE THIS Al FILM AND COMPONENT OF FILM-PRODUCING CHAMBER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается реагирующего с водой Аl композитного материала, реагирующей с водой Аl пленки, способа получения данной Аl пленки и составляющего элемента для пленкообразующей камеры и, в частности, реагирующего с водой Аl композитного материала, использующего исходный Аl материал, который содержит Сu в виде его примеси в заданном количестве; реагирующей с водой Аl пленки, состоящей, по существу, из этого реагирующего с водой Аl композитного материала; способа получения этой Аl пленки; и составляющего элемента для пленкообразующей камеры, который покрыт этой Аl пленкой.
Уровень техники
В устройстве образования пленки для образования тонкой пленки с помощью, например, технологии напыления, технологии вакуумного осаждения, технологии ионного осаждения или CVD технологии пленка из металла или соединения металла в качестве пленкообразующего материала неизбежно прилипает к составляющему элементу пленкообразующей камеры, который располагается внутри устройства для образования пленки, во время процесса образования пленки. В качестве таких составляющих элементов для пленкообразующей камеры могут быть перечислены, например, предотвращающая адгезию пластина для подавления прилипания любой пленки к внутренним частям вакуумной камеры, иным, чем подложка, заслонка, маска, применяемая для формирования такой пленки только на желаемой области подложки, и лоток для переноса подложки. Пленка, имеющая такую же композицию, как композиция предназначенной тонкой пленки (тонкой пленки, образуемой на подложке), также осаждается или прилипает к этим элементам во время процесса образования пленки. Поэтому в обычной практике эти элементы повторно используют после удаления прилипшей к ним пленки.
Пленка, неизбежно прилипающая к этим составляющим элементам пленкообразующей камеры, утолщается пропорционально продолжительности времени работы процесса образования пленки. Эта прилипшая пленка отходит в виде частиц от данных составляющих элементов пленкообразующей камеры вследствие действия внутренних напряжений прилипшей пленки или напряжений, накапливающихся в данной пленке при повторяющемся термическом гистерезисе, и прилипает к подложке, и это, соответственно, приводит к образованию пленки, имеющей различные дефекты. По этой причине в обычной практике составляющие элементы пленкообразующей камеры подвергают следующему циклу с регулярными интервалами: их удаление или демонтаж из устройства для образования пленки на стадии, когда прилипшая пленка еще не отслаивается, их промывание для удаления прилипшей к ним пленки, воздействие на них очищающей поверхность обработки и их последующее повторное использование.
При использовании ценного металла, такого как Аl, Мо Со, W, Pd, Nd, In, Ti, Re, Та, Au, Pt, Se и Аg, в качестве пленкообразующего материала желательно создание технологии обработки для извлечения металлов, которые не участвуют в образовании пленки из них на поверхности подложки и прилипают к составляющим элементам, иным, чем подложка, и разработка технологии изготовления повторно используемых элементов.
Например, в случае предотвращающей адгезию пластины, используемой для подавления адгезии любого пленкообразующего материала на, например, внутренней стенке устройства для образования пленки и поверхности множества таких составляющих элементов пленкообразующей камеры, иных, чем поверхность подложки, отложение, образовавшееся во время процесса образования пленки, в существующих условиях, отделяют от вышеуказанных элементов и/или внутренней стенки для ее повторного использования. Применяемый в настоящее время такой способ отделения этого отложения включает, например, пескоструйную технологию, технологию влажного травления, которая применяет кислоту или щелочь, и технологию отслаивания, которая использует водородное охрупчивание под действием, например, пероксида водорода, и еще способ отслаивания, который использует электролиз. В этом случае, при выполнении обработки для отделения осаждения, предотвращающая адгезию пластина повреждается в обрабатывающей жидкости в немалых количествах и, следовательно, предотвращающая адгезию пластина будет ограничена в числе повторных применений. По этой причине желательно разработать технологию отделения пленки, которая может снижать возникновение любого повреждения предотвращающей адгезию пластины насколько возможно.
В этом отношении, однако, если концентрация отделенного осаждения в отходах продувки, возникающих во время указанной пескоструйной технологии, и в сточном растворе, возникающем при обработке реагентом, такой как кислотная обработка или щелочная обработка, является низкой, затраты, требуемые для извлечения ценных металлов, соответственно, довольно высокие, и, соответственно, этот способ является непригодным. В таком случае с отделенным таким образом отложением обращаются в настоящих условиях, соответственно, как с отходами.
В вышеуказанной обработке реагентом не только стоимость реагента сама по себе является высокой, но также расходы, требуемые для последующей обработки использованной жидкости, содержащей такой реагент, являются высокими, и необходимо дополнительно предотвращать возникновение любого загрязнения окружающей среды. По этой причине желательно снижать количество указанного используемого агента как только возможно. Кроме того, при выполнении указанной обработки реагентом пленкообразующий материал, отделенный от предотвращающей адгезию пластины, будет превращаться в другие новые химические вещества, и, следовательно, расходы, требуемые для извлечения только пленкообразующего материала из отделенного отложения, будут дополнительно накапливаться. Соответственно, извлекаемые материалы представляют собой только пленкообразующие материалы, стоимость которых уравновешивает расходы на извлечение в существующих условиях.
В дополнение к способу отделения отложения, обсуждаемому выше, известна технология извлечения ценных металлов, которая содержит этапы проведения процесса образования пленки в устройстве, обеспеченном составляющими элементами, покрытыми Аl пленкой, состоящей из реагирующего с водой Аl композитного материала, имеющего такие отличительные свойства, что он может реагировать во влажной атмосфере и может, таким образом, превращаться в вещества, растворимые или активные в воде; отслаивания и отделения пленки, прилипшей к данной Аl пленке во время данного процесса образования пленки, посредством реакции и/или растворения Аl пленки; и затем извлечения ценных металлов, включенных в пленкоообразующий материал, присутствующих в прилипшей пленке, отделенной таким образом (смотри, например, патентный документ 1, указанный ниже). В этом отношении данный реагирующий с водой Аl композитный материал образован из Аl или Аl сплава, и In, Sn, комбинации In и Sn или их сплава.
Литература предшествующего уровня техники
Патентный документ
Патентный документ 1: JP-A-2005-256063 (формула изобретения).
Описание изобретения
Проблемы, решаемые данным изобретением
Соответственно, задачей, в широком смысле, настоящего изобретения является решение вышеуказанных проблем, связанных с обычными технологиями, и, более конкретно, обеспечение Аl композитного материала, используя исходный Аl материал, который содержит Сu в виде его примеси в количестве не больше чем 40 ч/млн, который может растворяться посредством реакции с водой во влажной атмосфере; Аl пленки, по существу, состоящей из этого Аl композитного материала; способа получения такой Аl пленки; и составляющего элемента пленкообразующей камеры, который покрыт этой Аl пленкой.
Средство для решения данных проблем
Таким образом, реагирующий с водой Аl композитный материал настоящего изобретения отличается тем, что он содержит исходный Аl материал, выбранный из группы, состоящей из исходного Аl материала чистоты 2N-5N, содержащий Сu в виде примеси данного Аl материала в количестве не больше чем 40 ч/млн, предпочтительно не больше чем 30 ч/млн и более предпочтительно не больше чем 10 ч/млн; и, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, состоящей из In и Bi, в количествах в диапазоне от 2 до 5% мас. и от 0,7 до 1,4% мас. соответственно в расчете на массу исходного Аl материала.
Если Аl композитный материал имеет такую композицию, Аl пленка, полученная из этого материала, может легко растворяться в воде во влажной атмосфере с выделением газообразного водорода.
Если Аl композитный материал готовят, используя исходный Аl материал, в котором количество примесной Сu превышает 40 ч/млн, Аl пленка, полученная из такого Аl композитного материала, которая испытывает высокотемпературный термический гистерезис, ухудшается в своей растворимости в воде, когда данная Аl пленка повторяющимся образом испытывает термический гистерезис, и если количество примесной Сu далее увеличивается, полученная Аl пленка в итоге не показывает какой-либо растворимости в воде. Кроме того, если количества, по меньшей мере, одного элемента, выбранного из In и Bi, меньше чем 2% мас. и 0,7% мас. соответственно, полученная Аl пленка ухудшается в своей растворимости в воде, тогда как если они превышают 5% мас. и 1,4% мас. соответственно, реакционная способность пленки становится очень высокой, и пленка часто претерпевает реакцию с влагой в атмосфере.
Реагирующий с водой Аl композитный материал настоящего изобретения дополнительно отличается добавлением Si к вышеуказанному, реагирующему с водой Аl композитному материалу, включая Si в виде примеси к исходному Аl материалу, в полном количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6% мас. и предпочтительно от 0,04 до 0,2% мас. для Al-In системы или от 0,25 до 0,7% мас. для Al-Bi системы. Это потому, что если количество Si составляет меньше, чем каждый нижний предел, данная добавка оказывает только вредное влияние на регулирование реакционной способности полученной Аl пленки с водой, тогда как если оно превышает каждый верхний предел, сама реакционная способность пленки с водой снижается.
Способ получения реагирующей с водой Аl пленки настоящего изобретения отличается тем, что он содержит этапы плавления материала, который готовят путем введения в исходный Аl материал, выбранный из группы, состоящей из исходного Аl материала чистотой 2N-5N, содержание примесной Сu в котором не больше чем 40 ч/млн, предпочтительно не больше чем 30 ч/млн и более предпочтительно не больше чем 10 ч/млн, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, состоящей из In и Bi, в количествах в диапазоне от 2 до 5% мас. и от 0,7 до 1,4% мас. соответственно в расчете на массу исходного Аl материала таким образом, что полученный расплавленный материал имеет однородный состав; термического напыления данного расплавленного материала на поверхность основы; и затем затвердевания напыленного расплавленного материала путем закаливания с образованием пленки.
Согласно настоящему изобретению указанный способ дополнительно отличается тем, что Аl композитный материал, используемый для образования Аl пленки, дополнительно содержит, в расчете на массу исходного Аl материала. Si (включая Si в виде примеси к исходному Аl материалу) в общем количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6% мас. и предпочтительно от 0,04 до 0,2% мас. для Al-In системы или от 0,25 до 0,7% мас. для Al-Bi системы.
Реагирующая с водой Аl пленка согласно настоящему изобретению отличается тем, что состоит, по существу, из вышеуказанного, реагирующего с водой Аl композитного материала.
Составляющий элемент пленкообразующей камеры устройства для образования пленки согласно настоящему изобретению отличается тем, что он обеспечен на поверхности вышеуказанной, реагирующей с водой Аl пленкой.
Вышеуказанный составляющий элемент отличается тем, что он представляет собой предотвращающую адгезию пластину, заслонку или маску.
Действие данного изобретения
Аl пленка, состоящая, по существу, из реагирующего с водой Аl композитного материала согласно настоящему изобретению, может быть легко получена с помощью простого способа, такого как технология термического напыления, при снижении производственных затрат. Кроме того, данная Аl пленка имеет такие отличительные свойства, что она может растворяться в воде посредством реакции с водой во влажной атмосфере даже после того, как данная пленка испытывает явление термического гистерезиса в результате процесса образования пленки, выполненного при температуре в диапазоне приблизительно от 300 до 350°С, и, дополнительно, присутствие заданного количества Сu в виде примеси к Аl материалу и присутствие желаемого количества Si, введенного в нее, позволяет регулировать ее активность и/или растворимость до того, как она испытывает явление термического гистерезиса (или во время процесса образования пленки). Кроме того, данная Аl пленка после того, как она испытывает явление термического гистерезиса, может поддерживать высокую растворимость или активность в воде.
Эта Аl пленка может претерпевать реакцию с водой в присутствии влаги и может эффективно растворяться в воде с выделением газообразного водорода. Соответственно, следующие эффекты могут быть достигнуты с помощью Аl композитной пленки настоящего изобретения: если операцию образования пленки выполняют, используя устройство для образования пленки, обеспеченное составляющими элементами пленкообразующей камеры (например, предотвращающей адгезию пластиной, заслонкой и маской), которые покрыты реагирующей с водой Аl пленкой настоящего изобретения, неизбежно прилипающая пленка, состоящая, по существу, из пленкообразующего материала и прилипшая к поверхности, например, предотвращающей адгезию пластины во время процесса образования пленки, может отслаиваться и/или отделяться от поверхности посредством реакции и/или растворения этой Аl пленки, и ценные металлы, включенные в пленкообразующий материал, могут легко извлекаться из прилипшей пленки, отделенной от поверхности составляющих элементов, и данные составляющие элементы, таким образом, могут повторно использоваться в течение увеличенного числа раз.
Краткое описание чертежей
2
Фиг.1 представляет собой график, показывающий отношение между температурой тепловой обработки (°С) и плотностью тока реакции (мА/см), которое наблюдается для термически напыленной Аl пленки, полученной в примере 1.
2
Фиг.2 представляет собой график, показывающий отношение между температурой тепловой обработки (°С) и плотностью тока реакции (мА/см), которое наблюдается для термически напыленной Аl пленки, полученной в примере 2.
Фиг.3 представляет собой фотографию, показывающую прилипшую пленку (осажденную пленку), отслоившуюся от основы, снабженной термически напыленной на него Аl пленкой, полученной в примере 2.
2
Фиг.4 представляет собой график, показывающий отношение между температурой тепловой обработки (°С) и плотностью тока реакции (мА/см), которое наблюдается для термически напыленной Аl пленки, полученной в примере 4.
2
Фиг.5 представляет собой график, показывающий отношение между температурой тепловой обработки (°С) и плотностью тока реакции (мА/см), которое наблюдается для термически напыленной Аl пленки, полученной в примере 5.
Способ осуществления данного изобретения
При получении тонкой пленки в устройстве для образования пленки согласно множеству технологий образования пленки, таких как технология напыления, внутренняя область пленкообразующей камеры подвергается воздействию повторяющегося термического гистерезиса. По этой причине поверхность составляющих элементов, таких как предотвращающая адгезию пластина, которые располагаются внутри пленкообразующей камеры и которые покрыты Аl пленкой настоящего изобретения, также подвергается воздействию повторяющегося термического гистерезиса. Соответственно, необходимо, чтобы Аl пленка во время образования пленки с помощью технологии термического напыления, до того как данная пленка подвергается воздействию термического гистерезиса, была не только устойчивой, но также легкой в обращении. В то же время Аl пленка, обеспеченная неизбежно прилипшей к ней пленкой во время процесса образования пленки, должна иметь такую растворимость (или активность), чтобы данная Аl пленка легко отходила от основы вместе с прилипшей пленкой и все еще была устойчивой даже после того, как Аl пленка подвергается термическому гистерезису, испытанному в процессе образования пленки. В случае реагирующей с водой Аl пленки согласно настоящему изобретению такое требование растворимости или активности удовлетворяется в достаточной степени.
Верхний предел температуры термического гистерезиса внутри вышеуказанной пленкообразующей камеры задается приблизительно 300-350°С, когда данная пленка образуется с помощью, например, технологии напыления, технологии вакуумного осаждения, технологии ионного осаждения или CVD технологии. Следовательно, с практической точки зрения обычно достаточно, когда Аl пленка имеет реакционную способность по отношению к воде даже после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса до температуры 300°С, и более пригодно, когда Аl пленка предпочтительно имеет реакционную способность по отношению к воде даже после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса до температуры 350°С.
2
2
Вышеуказанная растворимость или активность Аl композитной пленки настоящего изобретения оценивается на основании плотности тока (в настоящем изобретении также называемая "плотность тока реакции (мА/см)"), определяемой путем погружения основы, покрытой Аl пленкой, в теплую воду, поддерживаемую при заданной температуре (в диапазоне от 40 до 130°С и предпочтительно от 80 до 100°С), и затем определения плотности тока жидкости погружения. Этот способ определения представляет собой способ, который содержит этапы определения потери массы, наблюдаемой для каждого образца до и после его погружения в обрабатывающую жидкость, и затем преобразования данного результата в величину плотности тока, принимая в рассмотрение, например, площадь поверхности образца и время его погружения в обрабатывающую жидкость. Можно сказать, что Аl пленка, обеспеченная прилипшей пленкой, неизбежно прикрепляющейся к ней во время процесса образования пленки, имеет такую растворимость (или активность), что данная Аl пленка может легко отходить от основы вместе с прилипшей пленкой даже после того, как Аl пленка подвергается воздействию термического гистерезиса, испытанного в процессе образования пленки, пока плотность тока реакции, определенная с помощью данного способа, составляет не меньше чем 50 мА/см.
Авторы данного изобретения обнаружили, что растворимость в воде термически напыленной Аl пленки меняется в зависимости от количества Сu, присутствующей в исходном Аl материале в виде примеси, в процессе исследования способности к растворению множества термически напыленных Аl пленок, которые испытывали воздействие термического гистерезиса.
Настоящее изобретение будет далее описано со ссылкой на следующие варианты осуществления.
В Аl пленке, состоящей, по существу, из реагирующего с водой Аl композитного материала согласно настоящему изобретению, In и/или Bi равномерно диспергирован или распределен в высокой степени внутри Аl матрицы, которая содержит Сu в виде примеси в заданном количестве, и, соответственно, Аl пленка может легко реагировать с водой во влажной атмосфере, такой как вода, водяной пар или водный раствор, и в результате она может быть сделана растворимой или активной в воде.
В настоящем изобретении применимы исходные Аl материалы, например, имеющие чистоту 2N (99%), 3N (99,9%), 4N (99,99%) и 5N (99,999%). Каждый 4NAl и 5NAl из них может быть получен путем дополнительной обработки 2NAl или 3NAl, полученного с помощью электролитического процесса согласно трехслойному электролитическому процессу или способу согласно технологии частичного затвердевания (технология сегрегации), который использует разницу температур между твердой и жидкой фазами при затвердевании. Основные примеси, присутствующие в этих Аl, включают в себя Fe и Si, и эти исходные Аl материалы дополнительно включают в себя, например, Сu, Ni и С в виде примесей, иных, чем указанные основные примеси.
В Al-In системе разница электрохимических потенциалов между Аl и In или Bi в Al-In или Al-Bi системе обычно довольно высока, но если самопроизвольная оксидная пленка Аl присутствует на его поверхности, ионизация Аl не наступает совсем. Однако, когда самопроизвольная оксидная пленка разрушается или удаляется и Аl непосредственно вступает в тесный контакт с In или Bi, ионизация Аl может ускоряться очень быстро из-за разницы потенциалов между ними. На этой стадии In или Bi существует в его исходном состоянии, высокодиспергированном по Аl кристаллическим зернам без какого-либо химического изменения. Каждый из In и Bi имеет низкую точку плавления и никогда не образует никакого твердого раствора с Аl. Соответственно, желаемая Аl пленка может быть получена путем плавления Аl и In или Bi таким образом, что композиция становится однородной, принимая во внимание разницу плотностей между ними, и затем термического напыления полученного расплавленного материала на поверхность основы с помощью технологии термического напыления, образуя, таким образом, Аl пленку в результате затвердевания осажденного расплавленного материала путем закаливания, а также сжимающего эффекта затвердевания.
2
Добавленный In или Bi сильно диспергируется по Аl кристаллическим зернам вследствие действия процесса термического напыления и поддерживается в состоянии, в котором он находится в прямом контакте с Аl. Добавленный In или Bi никогда не образует устойчивой фазы с Аl, и, следовательно, поверхность раздела Al/In или Al/Bi поддерживается в состоянии высокой энергии и может подвергаться энергичной реакции с водой во влажной атмосфере при контакте поверхности с водой. Кроме того, In или Bi в качестве добавленного элемента находится в сильно диспергированных условиях, и пузырьки газообразного Н, выделяющегося во время реакции, расширяются, вызывая, таким образом, механическое воздействие. Следовательно, продукты реакции, содержащие, главным образом, АlOOН, мелко измельчаются на поверхности из-за данного механического воздействия без образования какой-либо пленки на ней и диспергируются в жидкости, и данная реакция или растворение непрерывно и взрывообразно протекает на успешно возобновляющейся границе реакции.
Чем выше чистота исходного Аl материала, тем более заметно поведение Al-In или Al-Bi системы, описанное выше, и, другими словами, данное поведение особенно заметно в случае 4NAl и 5NAl по сравнению с 3NAl.
Как обсуждается выше, примесная Сu, присутствующая в исходном Аl материале, сильно влияет на растворимость в воде термически напыленной Аl пленки после того, как пленка подвергается термическому гистерезису, в зависимости от ее количества. В этой связи, если содержание Сu является высоким и, другими словами, если ее содержание превышает 40 ч/млн, полученная термически напыленная Аl пленка имеет недостаточную растворимость в воде после воздействия высокотемпературного термического гистерезиса, и, следовательно, данная Аl пленка может отслаиваться с большим трудом, даже когда температура воды погружения увеличивается в обработке для отделения осажденной пленки. Кроме того, если содержание Сu находится в диапазоне от 30 до 40 ч/млн, обработку для отделения осажденной пленки необходимо проводить с повышением температуры используемой воды (например, до уровня не менее чем 100°С). С другой стороны, если содержание Сu составляет не выше чем 30 ч/млн, полученная Аl пленка может удовлетворительно растворяться в воде при низкой температуре (например, не выше чем 80°С), и, соответственно, осажденная пленка может удаляться. Кроме того, если содержание Сu составляет не выше чем 10 ч/млн, растворимость в воде полученной Аl пленки дополнительно улучшается даже после того, как Аl пленка испытывает воздействие термического гистерезиса с высокой температурой (задаваемой приблизительно от 300 до 350°С).
Теперь настоящее изобретение будет описано со ссылкой на реагирующий с водой Аl композитный материал, состоящий, по существу, из 4NAl-In или 4NAl-Bi, в качестве примера. Термически напыленную Аl пленку получают, используя Al-In или Al-Bi композитный материал, в котором In или Bi равномерно диспергирован в 4NAl, согласно способу, который содержит этап образования намеченной пленки из данного композитного материала на поверхности основы, обрабатываемого в заданной атмосфере с помощью технологии термического напыления. Полученная термически напыленная Al-In или Al-Bi пленка содержит кристаллические зерна In или Bi (имеющие размер частиц не больше чем 10 нм) в таком состоянии, что они очень равномерно диспергированы в кристаллических Аl зернах.
Вышеуказанная термически напыленная Аl пленка может быть получена с помощью, например, следующих процедур.
Более конкретно, данный способ содержит этапы получения 4NAl в качестве исходного Аl материала, количество примесной Сu в котором составляет не выше чем 40 ч/млн, In или Bi; введения в исходный Аl материал от 2 до 5% мас. In или от 0,7 до 1,4% мас. Bi в расчете на массу исходного Аl материала с равномерным растворением и диспергированием In или Bi в исходном Аl материале; формования полученной однородной смеси в прутковое или проволочное изделие, используемое в качестве материала для термического распыления; термического нанесения данного материала в расплавленном состоянии на основу, служащую в качестве составляющего элемента пленкообразующей камеры устройства для образования пленки, такую как предотвращающая адгезию пластина для данной камеры, с помощью, например, технологии пламенного термического напыления в известных условиях термического напыления; и затвердевания напыленного расплавленного материала путем закаливания с получением основы, снабженной желаемой, реагирующей с водой, термически напыленной Аl пленкой. Полученная таким образом термически напыленная Аl пленка представляет собой пленку, в которой In или Bi присутствует в кристаллических Аl зернах в очень равномерно диспергированном состоянии.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения Si может добавляться к указанной Al-In или Al-Bi системе, улучшая, таким образом, отличительные свойства полученной термически напыленной Аl пленки.
В случае термически напыленной Аl пленки, полученной с использованием композитного материала, полученного путем добавления заданного количества Si к Al-In системе, растворимость в воде данной термически напыленной Аl пленки может регулироваться без действия на Аl пленку какой-либо последующей обработки, и это, соответственно, предотвращает термически напыленную пленку от растворения путем реакции с влагой, присутствующей в атмосфере, и это также облегчает обращение с пленкой. Кроме того, если верхний предел температуры во время явления термического гистерезиса, протекающего в пленкообразующей камере, задается приблизительно 300°С, Аl пленка, демонстрирующая практически приемлемую активность или растворимость в воде, может быть получена, используя Аl композитный материал, который содержит введенный в него Si в количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6% мас. и предпочтительно от 0,05 до 0,5% мас., тогда как, если верхний предел температуры во время явления термического гистерезиса задается выше приблизительно 350°С, Аl пленка, демонстрирующая практически приемлемую активность или растворимость в воде, может быть получена, используя Аl композитный материал, который содержит введенный в него Si в количестве в диапазоне от 0,04 до 0,2% мас. и предпочтительно от 0,05 до 0,1% мас.
Кроме того, термически напыленная Аl пленка, образованная из Аl композитного материала, полученного путем введения желаемого количества Si в указанную Al-Bi систему, демонстрирует низкую активность, поэтому с ней легко обращаться, и данная термически напыленная Аl пленка, после того как она подвергается воздействию термического гистерезиса, существенно улучшается в своей активности, и данная пленка может, таким образом, проявлять высокую способность к растворению (активности) в атмосфере, в которой присутствует влага. Кроме того, данная термически напыленная Аl пленка может иногда превращаться в порошок при обычной температуре в атмосфере за 2-3 часа в зависимости от композиционного отношения Bi и Si в пленке после того, как данная пленка испытывает термический гистерезис. Соответственно, термически напыленная Аl пленка предпочтительно хранится в атмосфере, свободной от любой влаги (атмосфера вакуума также может применяться), чтобы избегать возникновения ее реакции с влагой в атмосфере. В этом отношении данная пенка до воздействия термического гистерезиса может иногда демонстрировать такое явление, что она превращается в порошок в зависимости от композиционного отношения Bi и Si, и, соответственно, в таком случае пленка может также сохраняться таким же образом, как описано выше. В этой связи данная ситуация также справедлива для In-Si системы.
Что касается термически напыленной Аl пленки, полученной из материала, полученного путем введения желаемого количества Si в Al-In систему, Аl пленку получают, используя Al-In-Si композитный материал, в котором In и Si равномерно диспергированы в исходном Аl материале, с помощью способа, который содержит этап образования намеченной пленки из композитного материала на поверхности обрабатываемой основы заданной атмосфере с помощью технологии термического напыления. Полученная термически напыленная Al-In-Si пленка содержит In в таком состоянии, что кристаллические In зерна очень равномерно диспергированы в кристаллических Аl зернах.
Вышеуказанную термически напыленную Аl пленку получают, например, согласно способу, подробно описанному ниже.
Более конкретно, способ получения термически напыленной Аl пленки содержит этапы получения 4NAl в качестве исходного Аl материала, количество примесной Сu в котором составляет не выше чем 40 ч/млн, In и Si; объединения 4NAl с In в количестве от 2 до 5% мас. и с Si (включая примесный Si, присутствующий в 4NAl) в полном количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6% мас. и предпочтительно от 0,04 до 0,2% мас., принимая во внимание количество Si, присутствующего в 4NAl в виде примеси, с равномерным растворением и диспергированием и In, и Si в исходном Аl материале; формования полученной однородной смеси в прутковое или проволочное изделие, получая материал для термического распыления; затем покрытия поверхности основы, служащей в качестве составляющего элемента пленкообразующей камеры устройства для образования пленки, такой как предотвращающая адгезию пластина, используемой в данной камере, путем термического напыления данного материала в его расплавленном состоянии на поверхность основы с помощью технологии пламенного термического напыления; и последующего затвердевания путем закаливания термически напыленного материала с получением основы, снабженной желаемой, реагирующей с водой, термически напыленной Аl пленкой. Полученная таким образом термически напыленная Аl пленка представляет собой пленку, в которой In присутствует в кристаллических Аl зернах в очень равномерно диспергированном состоянии, как было описано выше.
Кроме того, основа, снабженная желаемой, реагирующей с водой, термически напыленной Аl пленкой, может быть получена с помощью способа, содержащего этапы получения 4NAl в качестве исходного Аl материала, содержание примесной Сu в котором составляет не выше чем 40 ч/млн, и Bi и Si; объединения 4NAl с Bi в количестве от 0,7 до 1,4% мас. и с Si (включая примесный Si, присутствующий в 4NAl) в общем количестве в диапазоне от 0,25 до 0,7% мас., принимая во внимание количество Si, присутствующего в 4NAl в виде примеси, с равномерным растворением и диспергированием и Bi, и Si в исходном Аl материале; формования полученной однородной смеси в прутковое или проволочное изделие, получая материал для термического распыления; затем покрытия поверхности основы, служащей в качестве составляющего элемента пленкообразующей камеры устройства для образования пленки, такой как предотвращающая адгезию пластина, используемого в данной камере, путем термического напыления данного материала в его расплавленном состоянии на поверхность основы с помощью технологии пламенного термического напыления; и последующего затвердевания путем закаливания термически напыленного материала с получением основы, снабженной желаемой, реагирующей с водой, термически напыленной Аl пленкой. Полученная таким образом термически напыленная Аl пленка представляет собой пленку, в которой Bi присутствует в кристаллических Аl зернах в очень равномерно диспергированном состоянии, как было описано выше.
При погружении основы, покрытой термически напыленной Аl пленкой, в теплую воду или распылении водяного пара на основу, как описано выше, например, при погружении ее в теплую воду, температура которой поддерживается на заданном уровне, реакция данной пленки с водой инициируется сразу после погружения, которое сопровождается выделением газообразного водорода, вода чернеет по мере протекания реакции из-за присутствия, например, осажденного In, в конце термически напыленная пленка полностью растворяется, и осадки, состоящие из, например, Аl и In, остаются в теплой воде. Эта реакция энергично протекает с увеличением температуры воды.
Указанная термически напыленная пленка описана выше, принимая в качестве примера, что пленка образована, используя материал, имеющий прутковую или проволочную форму, с помощью технологии пламенного-термического напыления, но данная Аl пленка может также быть образована, используя порошковый материал, с помощью технологии пламенного-термического напыления. Данная пленка дополнительно может быть образована с помощью технологии электродугового напыления или технологии плазменного напыления. В настоящем изобретении исходный материал, описанный выше, расплавляют с последующим напылением расплавленного материала на поверхность основы, его закаливанием и затвердеванием с образованием термически напыленной пленки с помощью одной из этих технологий термического напыления, используя известные условия процесса.
При использовании основы, поверхность которой покрыта вышеуказанной реагирующей с водой Аl пленкой, в виде составляющего элемента пленкообразующей камеры, такого как предотвращающая адгезию пластина или заслонка, который находится внутри пленкообразующей камеры устройства для образования пленки, как было описано выше, пленка, образованная из образующего пленку материала, неизбежно прилипшая к данному составляющему элементу пленкообразующей камеры, может легко отслаиваться от составляющего элемента после завершения процесса образования пленки, выполненного заданное число раз или циклов, и, соответственно, ценные металлы могут быть легко извлечены из отделенной Аl пленки, обеспеченной осажденной пленкой из пленкообразующего материала.
В этом случае в качестве жидкости для отделения Аl композитной пленки используется не какой-либо химический реагент, а вода, такая как чистая вода, водяной пар или водный раствор. Соответственно, можно предотвращать возникновение какого-либо повреждения составляющего элемента пленкообразующей камеры, такого как предотвращающая адгезию пластина, из-за растворения последнего в данной жидкости, и эти составляющие элементы могут повторно использоваться в существенно большем числе раз по сравнению с тем, что наблюдается для случая, когда химический реагент используется в качестве такой жидкости для отделения. Кроме того, никакой химический реагент не используется в настоящем изобретении, и, следовательно, это приведет к заметному снижению расходов, требуемых для последующей обработки, и сохранению окружающей среды. Более того, большая часть пленкообразующих материалов, прилипающих к составляющим элементам пленкообразующей камеры, таким как предотвращающая адгезию пластина, никогда не растворяются в воде, и, соответственно, настоящее изобретение имеет преимуществом то, что материал может извлекаться в форме твердого вещества, имеющего композицию и форму, по существу, идентичные наблюдаемым для пленкообразующего материала. Кроме того, настоящее изобретение демонстрирует то преимущество, что не только расходы на извлечение могут сильно снижаться, но также способ, применяемый для извлечения, может быть упрощен, и, соответственно, широкое множество материалов может извлекаться согласно настоящему изобретению. Например, если пленкообразующие материалы представляют собой дорогостоящие металлы, такие как драгоценные металлы и редкие металлы, использование составляющего элемента пленкообразующей камеры, такого как предотвращающая адгезию пластина, который снабжен на своей поверхности пленкой, состоящей из реагирующего с водой Аl композитного материала настоящего изобретения, предоставит возможность удаления или отделения пленки, неизбежно прилипшей к данному составляющему элементу во время операций образования пленки и состоящей из пленкообразующего материала, просто путем погружения данного элемента в воду или распыления на него водяного пара. Это, в свою очередь, позволяет извлекать драгоценные металлы и редкие металлы без возникновения какого-либо загрязнения. Таким образом, стоимость извлечения может быть снижена, и пленкообразующий материал может также извлекаться при сохранении их высокого качества.
Настоящее изобретение будет теперь описано более подробно ниже со ссылкой на следующие рабочие примеры.
Пример 1
Следующие Al-In композиции готовили путем введения In в 2NAl, 3NAl и 4NAl в качестве исходных Аl материалов, затем термически напыленные Аl пленки готовили, используя полученные Al-In композиции, и полученные, термически напыленные Аl пленки исследовали на предмет отношения между чистотой Аl исходного Аl материала, использованного в данной композиции, содержанием примесной Сu в исходном Аl материале, и растворимостью или активностью в воде полученных термически напыленных пленок, и полученные таким образом результаты исследовали и рассматривали. В этой связи добавленное количество In выражали в обозначениях относительно массы (веса) использованного исходного Аl материала.
2NAl (количество примесной Сu:<400 ч/млн)-3% мас.In;
3NAl (количество примесной Сu: 70 ч/млн)-3% мас.In;
3NAl (количество примесной Сu: меньше предела обнаружения)-3% мас. In;
4NAl (количество примесной Сu: меньше предела обнаружения)-3% мас. In.
2
2
2
2
Объединяли Аl и In друг с другом с величинами, указанными выше, равномерно растворяя или диспергируя In в исходном Аl материале, и затем каждую из полученных смесей формовали в прутковое изделие, и данное изделие использовали в качестве материала для процесса термического напыления. Затем термически напыленную пленку формировали путем плавления данного пруткового изделия и затем термического нанесения полученного расплава изделия на поверхность основы, выполненной из алюминия, в атмосфере с помощью технологии пламенного напыления из прутка (источник тепла: газ СН-О; температура: приблизительно 3000°С). Каждую из полученных таким образом термически напыленных пленок подвергали тепловой обработке при температуре в диапазоне от 0 до 350°С (пленку обрабатывали в атмосфере в течение одного часа и затем охлаждали в печи) вместо воздействия на нее термического гистерезиса, возможно случающегося во время процесса образования пленки. Затем основу, снабженную термически напыленной пленкой, до данной тепловой обработки (при обычной температуре) и ту же основу, использованную выше и полученную после тепловой обработки (материал, полученный после того, как он испытал воздействие термического гистерезиса), каждую погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы оценить растворимость каждой термически напыленной пленки, и полученные таким образом результаты исследовали. Полученные таким образом результаты представлены на фиг.1. На фиг.1 температура тепловой обработки (°С) отложена по абсциссе, а плотность тока реакции (мА/см) - по ординате.
2
Данные, представленные на фиг.1, ясно показывают, что растворимости термически напыленных А1 пленок, полученных, используя 2NAl-4NAl в качестве исходных Аl материалов, попадают в практически приемлемый диапазон. Термически напыленная Аl пленка, полученная, используя в качестве исходного Аl материала 4NAl, содержание примесной Сu в котором меньше, чем предел обнаружения, имеет растворимость в воде, более высокую, чем наблюдалось для Аl пленок, полученных, используя 2NAl и 3NAl в качестве исходных Аl материалов. Кроме того, было обнаружено, что термически напыленные Аl пленки, полученные используя 3NAl и 4NAl в качестве исходных Аl материалов, содержание примесной Сu в которых меньше, чем предел обнаружения, растворимы в воде, так как их плотности тока реакции составляют не меньше чем 50 мА/см, как наблюдали при использовании температуры тепловой обработки 350°С. Однако было обнаружено, что растворимости термически напыленных Аl пленок, полученных, используя 2NAl и 3NAl в качестве исходных Аl материалов, содержание примесной Сu в которых не меньше чем 70 ч/млн, являются недостаточными после воздействия на них тепловой обработки при 350°С. В последнем случае Аl пленки не могли растворяться в воде, даже когда температуру обрабатывающей жидкости устанавливали 100°С.
Пример 2
В этом примере следующие Al-In композиции готовили путем введения In в 4NAl в качестве исходного Аl материала, затем термически напыленные Аl пленки формировали, используя полученные Al-In композиции, и полученные Аl пленки исследовали на предмет отношения между содержанием примесной Сu в исходном Аl материале и растворимостью в воде полученных термически напыленных пленок, и полученные таким образом результаты исследовали и рассматривали. В этой связи добавленное количество In выражали в обозначениях относительно массы использованного исходного Аl материала.
4NAl (количество примесной Сu: меньше предела обнаружения)-3% мас. In;
4NAl (количество примесной Сu:<10 ч/млн)-3% мас. In;
4NAl (количество примесной Сu: 40 ч/млн)-2,5% мас. In;
4NAl (количество примесной Сu: 40 ч/млн)-3% мас. In;
4NAl (количество примесной Сu: 10 ч/млн)-3% мас. In;
4NAl (количество примесной Сu: 20 ч/млн)-3% мас. In;
NAl (количество примесной Сu: 30 ч/млн)-2,5% мас. In.
2
2
2
2
Объединяли Аl и In друг с другом в количествах, указанных выше, равномерно растворяя или диспергируя In в исходном Аl материале, и затем каждую из полученных смесей формовали в прутковое изделие, и это изделие использовали в качестве материала для процесса термического напыления. Затем формировали термически напыленную пленку путем плавления данного пруткового изделия и затем термически напыляли полученный расплав изделия на поверхность основы, выполненной из алюминия, в атмосфере с помощью технологии пламенного напыления из прутка (источник тепла: газ СН-О; температура приблизительно 3000°С). Каждую из полученных таким образом термически напыленных пленок подвергали тепловой обработке при температуре в диапазоне от обычной температуры до 350°С (пленку обрабатывали в атмосфере в течение одного часа и затем охлаждали в печи) вместо воздействия на пленку термического гистерезиса, возможно случающегося во время процесса образования пленки. Затем основу, снабженную термически напыленной пленкой, до данной тепловой обработки (при обычной температуре) и ту же основу, использованную выше и полученную после тепловой обработки (базовый материал после воздействия на него термического гистерезиса), каждую погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы определить растворимость каждой термически напыленной пленки, и исследовали полученные таким образом результаты. Полученные таким образом результаты представлены на фиг.2. На фиг.2 температура тепловой обработки (°С) отложена по абсциссе, а плотность тока реакции (мА/см) - по ординате.
2
2
Данные, представленные на фиг.2, ясно показывают, что растворимости термически напыленных Аl пленок, полученных, используя 4NAl в качестве исходного Аl материала, определенно попадают в практически приемлемый диапазон, так как их плотность тока реакции является достаточно высокой. Если исходный Аl материал имеет содержание примесной Сu менее чем 40 ч/млн, было обнаружено, что полученные термически напыленные Аl пленки растворимы или активны в воде, так как они показывают плотность тока реакции не менее чем 50 мА/см при проведении тепловой обработки при температуре в диапазоне от 300 до 350°С. Кроме того, было обнаружено, что термически напыленная Аl пленка, полученная, используя исходный Аl материал, имеющий содержание примесной Сu 40 ч/млн, является недостаточно растворимой в воде, когда тепловую обработку выполняли при 350°С, тогда как было обнаружено, что такая же Аl пленка, полученная, когда тепловую обработку выполняли при 300°С, достаточно растворима в воде, так как было обнаружено, что ее плотность тока реакции составляет не меньше чем 50 мА/см. Кстати, когда температуру обрабатывающей жидкости устанавливали 100°С, было обнаружено, что термически напыленная Аl пленка, полученная после тепловой обработки при 350°С, является растворимой.
Было обнаружено, что при погружении в теплую воду, поддерживаемую при 80°С, основы, покрытой термически напыленной Аl пленкой, имеющей хорошую растворимость в воде и полученной после указанной тепловой обработки, реакция пленки с водой инициируется сразу после погружения, которое сопровождается энергичным выделением газообразного водорода, вода чернеет по мере протекания реакции из-за присутствия, например, осажденного In, в конце термически напыленная пленка не может сохранять состояние, когда она прочно прилипает к основе, из-за реакции с водой, и пленка начинает отслаиваться от основы с растворением. Например, как показано на фиг.3, было обнаружено, что Аl пленка, содержащая добавленный In, полностью отслаивается от основы. Таким образом, можно сказать, что пленка из Аl сплава настоящего изобретения определенно является реагирующей с водой.
Пример 3
Следующие Al-In-Si композиции готовили путем введения In и Si (в полном количестве, включая количество Si в виде примеси) в 4NAl, используемый в качестве исходного Аl материала, затем термически напыленные Аl пленки готовили, используя полученные Al-In-Si композиции, и полученные термически напыленные Аl пленки исследовали на предмет отношения между чистотой использованного исходного Аl материала, добавленным количеством Si и растворимостью в воде полученных термически напыленных пленок, и полученные таким образом результаты исследовали и рассматривали. В этой связи добавленные количества In и Si выражали в обозначениях относительно массы использованного исходного Аl материала.
4NAl (количество примесной Сu: не больше чем 10 ч/млн)-2% мас. In-0,05% мас. Si;
4NAl (количество примесной Сu: не больше чем 10 ч/млн)-3% мас. In-0,1% мас. Si;
4NAl (количество примесной Си: не больше чем 10 ч/млн)-4% мас. In-0,5% мас. Si;
5NAl (количество примесной Сu: не больше чем 10 ч/млн)-1,5% мас. In-0,05% мас. Si;
5NAl (количество примесной Сu: не больше чем 10 ч/млн)-2,6% мас. In-0,1% мас. Si;
5NA1 (количество примесной Сu: не больше чем 10 ч/млн)-3,5% мас. In-0,5% мас. Si.
Объединяли Al, In и Si друг с другом в количествах, указанных выше (при этом количество Si выражали в виде количества, включающего количество примесного Si), и такие же процедуры, как использовали в примере 1, повторяли за исключением использования полученного Al композитного материала, получая таким образом термически напыленные Al пленки. Каждую из полученных таким образом термически напыленных пленок подвергали такой же тепловой обработке, как в примере 1 (пленку обрабатывали в атмосфере в течение одного часа и затем охлаждали в печи). Затем основу, снабженную термически напыленной пленкой, до данной тепловой обработки (при обычной температуре) и ту же основу, использованную выше и полученную после тепловой обработки (основа после воздействия на нее термического гистерезиса), каждую погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы определить растворимость каждой термически напыленной пленки, и исследовали полученные таким образом результаты.
В результате было обнаружено, что добавление заданного количества Si позволяет регулировать активность и, другими словами, растворимость термически напыленной пленки, когда пленка находится в состоянии сразу после ее образования с помощью технологии термического напыления. Кроме того, если верхний предел температуры термического гистерезиса, возможно происходящего в процессе образования пленки, устанавливали приблизительно 300°С, было обнаружено, что термически напыленная Аl пленка, имеющая практически приемлемую активность или растворимость в воде, может быть получена, используя Аl композитный материал, имеющий добавленное содержание In не менее чем 2% мас. и добавленное содержание Si в диапазоне от 0,04 до 0,6% мас. С другой стороны, если верхний предел температуры термического гистерезиса устанавливают выше, приблизительно 350°С, было обнаружено, что термически напыленная Аl пленка, имеющая практически приемлемую активность или растворимость в воде, может быть получена, используя Аl композитный материал, имеющий добавленное содержание In не менее чем 2% мас. и добавленное содержание Si в диапазоне от 0,04 до 0,2% мас.
Пример 4
В этом примере следующие Al-Bi композиции готовили путем введения Bi в 4NAl в качестве исходного А1 материала, термически напыленные Аl пленки готовили, используя полученные Al-Bi композиции, и полученные термически напыленные Аl пленки исследовали на предмет отношения между содержанием примесной Сu в исходном Аl материале или Al-Bi композиции и растворимостью в воде полученных термически напыленных пленок, и полученные таким образом результаты исследовали и рассматривали. В этой связи добавленное количество Bi выражали в обозначениях относительно массы использованного исходного Аl материала.
4NAl (количество примесной Сu: 6000 ч/млн)-1% мас. Bi;
4NAl (количество примесной Сu: 10 ч/млн)-0,75% мас. Bi.
2
2
3
2
Объединяли Аl и Bi друг с другом с величинами, указанными выше, равномерно растворяя или диспергируя Bi в исходном Аl материале, и затем каждую из полученных смесей формовали в прутковое изделие и данное изделие использовали в качестве материала для процесса термического напыления. Затем термически напыленную пленку формировали путем плавления данного пруткового изделия и затем термического нанесения полученного расплава изделия на поверхность основы, выполненной из алюминия, в атмосфере с помощью технологии пламенного напыления из прутка (источник тепла: газ СН-О; температура: приблизительно 3000°С). Каждую из полученных таким образом термически напыленных пленок подвергали тепловой обработке при температуре в диапазоне от обычной температуры до 350°С (пленку обрабатывали в атмосфере в течение одного часа и затем охлаждали в печи) вместо воздействия на нее термического гистерезиса, возможно случающегося во время процесса образования пленки. Затем основу, снабженную термически напыленной пленкой, до данной тепловой обработки (при обычной температуре) и ту же основу, использованную выше и полученную после тепловой обработки (материал, полученный после того, как он испытал воздействие термического гистерезиса), каждый погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы определить растворимость каждой термически напыленной пленки, и полученные таким образом результаты исследовали. Полученные таким образом результаты представлены на фиг.4. На фиг.4 температура тепловой обработки (°С) отложена по абсциссе, а плотность тока реакции (мА/см) - по ординате.
Данные, представленные на фиг.4, ясно показывают, что растворимости термически напыленных Аl пленок, полученных, используя 4NAl в качестве исходного Аl материала, определенно попадают в практически приемлемый диапазон. Растворимость в воде термически напыленной Аl пленки, полученной, используя в качестве исходного Аl материала 4NAl, содержание примесной Сu в котором равно 10 ч/млн, демонстрирует резкое увеличение, когда температура тепловой обработки превышает 200°С, и Аl пленка имеет высокую плотность тока реакции, даже когда она подвергается тепловой обработке при температуре 350°С и, таким образом, имеет удовлетворительную растворимость в воде. Кроме того, чем выше концентрация Bi, тем выше растворимость Аl пленки, полученной после воздействия высокотемпературной тепловой обработки. Более того, было обнаружено, что растворимость термически напыленной Аl пленки, полученной, используя исходный Аl материал, содержание примесной Сu в котором равно 6000 ч/млн, является низкой по сравнению с величиной, наблюдаемой для термически напыленной Аl пленки, полученной, используя исходный Аl материал, имеющий содержание примесной Сu 10 ч/млн.
Было обнаружено, что при погружении в теплую воду, поддерживаемую при 80°С, основы, покрытой термически напыленной Аl пленкой (содержание Сu в виде примеси: 10 ч/млн), полученной после указанной тепловой обработки, реакция пленки с водой инициируется сразу после погружения, которое сопровождается энергичным выделением газообразного водорода, вода чернеет по мере протекания реакции из-за присутствия, например, осажденного Bi, в конце термически напыленная пленка не может сохранять состояние, когда она прочно прилипает к основе, из-за реакции с водой, и пленка начинает отслаиваться от основы с растворением. Более того, при погружении в теплую воду основы, покрытой термически напыленной Аl пленкой (содержание Сu в виде примеси: 6000 ч/млн), таким же образом, как используется выше, Аl пленка может растворяться с большим трудом по сравнению с основой, покрытой напыленной Аl пленкой, полученной из исходного Аl материала, имеющего содержание Сu в виде примеси 10 ч/млн.
Пример 5
В этом примере следующие Al-Bi-Si композиции готовили путем введения Bi и Si (в полном количестве, включая количество Si в виде примеси) в 4NAl, используемый в качестве исходного Аl материала, затем термически напыленные Аl пленки готовили, используя данные Al-Bi-Si композиции, и полученные термически напыленные Аl пленки исследовали на предмет отношения между содержанием примесной Сu в Al-Bi-Si композициях или исходном Аl материале и растворимостью в воде полученных термически напыленных пленок и полученные таким образом результаты исследовали и рассматривали. В этой связи добавленные количества Bi и Si выражали в обозначениях относительно массы использованного исходного Аl материала.
4NAl (количество примесной Сu: 10 ч/млн)-1% мас. Bi;
4NAl (количество примесной Сu: 20 ч/млн)-1% мас. Bi-0,25% мас. Si;
4NAl (количество примесной Сu: 30 ч/млн)-1% мас. Bi-0,5% мас. Si;
4NAl (количество примесной Сu: 40 ч/млн)-1,4% мас. Bi-0,7% мас.Si;
4NAl (количество примесной Сu: 10 ч/млн)-1% мас. Bi-0,85% мас. Si;
2
2
2
2
Объединяли Аl, Bi и Si друг с другом в количествах, указанных выше, равномерно растворяя или диспергируя Bi и Si в исходном Аl материале, и затем каждую из полученных смесей формовали в прутковое изделие и данное изделие использовали в качестве материала для процесса термического напыления. Затем термически напыленную пленку формировали путем плавления каждого пруткового изделия и затем термического нанесения полученного расплава изделия на поверхность основы, выполненной из алюминия, в атмосфере с помощью технологии пламенного напыления из прутка (источник тепла: газ CH-O; температура: приблизительно 3000°С). Каждую из полученных таким образом термически напыленных пленок подвергали тепловой обработке при температуре в диапазоне от обычной температуры до 350°С (пленку обрабатывали в атмосфере в течение одного часа и затем охлаждали в печи) вместо воздействия на нее термического гистерезиса, возможно случающегося во время процесса образования пленки. Затем основу, снабженную термически напыленной пленкой, до данной тепловой обработки (при обычной температуре) и ту же основу, использованную выше и полученную после тепловой обработки (материал, полученный после того, как он испытал воздействие термического гистерезиса), каждый погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы определить растворимость каждой термически напыленной пленки, и полученные таким образом результаты исследовали. Полученные таким образом результаты представлены на фиг.5. На фиг.5 температура тепловой обработки (°С) отложена по абсциссе, а плотность тока реакции (мА/см) - по ординате.
Данные, представленные на фиг.5, ясно показывают, что растворимости термически напыленных Аl пленок, полученных, используя исходный Аl материал, имеющий желаемое содержание Сu в виде примеси, определенно попадают в практически приемлемый диапазон, когда термически напыленные пленки готовили, используя материал, содержащий желаемое количество добавленного Si. Более конкретно, было обнаружено, что при добавлении Si в количестве в диапазоне от 0,25 до 0,7% мас. к данному материалу плотность тока реакции полученной Аl пленки увеличивается с увеличением добавленного количества Si, термически напыленная Аl пленка реагирует с водой и растворяется в воде, и данная пленка легко отслаивается от основы. В этой связи, однако, также было обнаружено, что активность или растворимость в воде указанной термически напыленной Аl пленки является очень высокой, и, соответственно, если ей позволяют оставаться на атмосфере, она реагирует с водой и превращается в порошок за 2-3 часа.
Было обнаружено, что при погружении в теплую воду, поддерживаемую при 80°С, основы, покрытой термически напыленной Аl пленкой, имеющей хорошую растворимость в воде и полученной после указанной тепловой обработки, реакция пленки с водой инициируется сразу после погружения, которое сопровождается энергичным выделением газообразного водорода, вода чернеет по мере протекания реакции из-за присутствия, например, осажденного Bi, в конце термически напыленная пленка не может сохранять состояние, когда она прочно прилипает к основе, из-за реакции с водой, и пленка начинает отслаиваться от основы с растворением. Таким образом, можно сказать, что пленка из Аl сплава настоящего изобретения определенно является реагирующей с водой.
Пример 6
Операции образования платиновой (Pt) пленки повторяли на протяжении 30 циклов, используя распыляющее устройство, оборудованный предотвращающей адгезию пластиной, поверхность которой была покрыта термически напыленной пленкой из 4NAl (количество примесной Сu: меньше чем предел обнаружения)-3% мас. In, полученной в примере 1; термически напыленной пленкой из 4NAl (количество примесной Сu: 40 ч/млн)-2,5% мас. In, полученной в примере 2; термически напыленной пленкой из 4NAl (количество примесной Сu: не выше чем 10 ч/млн)-3% мас. In-0,1% мас. Si, полученной в примере 3; термически напыленной пленкой из 4NAl (количество примесной Сu: 10 ч/млн)-0,75% мас. Bi, полученной в примере 4; или термически напыленной пленкой из 4NAl (количество примесной Сu: 30 ч/млн)-1% мас. Bi-0,5% мас. Si, полученной в примере 5 (каждая имеет толщину 200 мкм). Затем предотвращающие адгезию пластины, к которым прилипла Pt пленка, демонтировали из распыляющего устройства и обрабатывали теплой водой, поддерживаемой при 80°С. В результате было обнаружено, что термически напыленная пленка полностью растворялась приблизительно за 30 минут и что прилипшая пленка Pt, осажденная на предотвращающей адгезию пластине, отслаивалась от нее. Таким образом, Pt в качестве пленкообразующего материала можно было легко извлекать. На этой стадии было обнаружено, что АlOOН осаждался в теплой воде.
Применимость в промышленности
При покрытии Аl пленкой, состоящей из реагирующего с водой Аl композитного материала согласно настоящему изобретению, поверхности составляющих элементов пленкообразующей камеры вакуумного устройства для образования пленки, который применяется при образовании тонкой пленки металла или соединения металла с помощью технологии напыления, технологии вакуумного осаждения, технологии ионного осаждения и CVD технологии, данная пленка, неизбежно прилипающая во время данного процесса образования пленки к поверхности такого составляющего элемента пленкообразующей камеры, может отслаиваться от него во влажной атмосфере и может легко извлекаться. Следовательно, настоящее изобретение может быть использовано в областях, в которых применяются эти устройства для образования пленки, например в областях техники, связанных с полупроводниковыми элементами и электронным машинным оборудованием и инструментами, в целях увеличения количества раз повторного использования данных составляющих элементов пленкообразующей камеры устройств для образования пленки и извлечения пленкообразующих материалов, которые содержат ценные металлы.