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 относится к реагирующему с водой Al композитному материалу, реагирующей с водой Al пленке, способу получения данной Al пленки и составляющему элементу для пленкообразующей камеры и, в частности, реагирующему с водой Al композитному материалу, который содержит добавленный Bi и добавленный Si; реагирующей с водой Al пленки, состоящей, по существу, из этого реагирующего с водой Al композитного материала; способу получения этой Al пленки; и составляющему элементу для пленкообразующей камеры, который покрыт этой Al пленкой.
Уровень техники
В пленкообразующем устройстве 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 такой же состав, как состав 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 Al, 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 прилипают к составляющим элементам, иным, чем подложка, и не участвуют в образовании пленки из них на поверхности подложки, 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 отношения, 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 Al пленкой, состоящей из реагирующего с водой Al 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 Al пленке во время данного процесса образования пленки, посредством реакции и/или растворения Al пленки; и затем извлечения ценных металлов, включенных в пленкоообразующий материал, присутствующих в прилипшей пленке, отделенной таким образом (см., например, патентный документ 1, указанный ниже). В этом отношении, данный реагирующий с водой Al композитный материал образован из Al или Al сплава, и In, Sn, комбинации In и Sn или их сплава.
Литература предшествующего уровня техники
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, получение Al композитного материала, содержащего добавленный Bi и добавленный Si, который может растворяться в результате реакции с водой во влажной атмосфере; Al пленки, по существу, состоящей из этого Al композитного материала; способа получения такой Al пленки; и составляющего элемента пленкообразующей камеры, который покрыт этой Al пленкой.
Средство для решения данных проблем
Таким образом, реагирующий с водой Al композитный материал настоящего изобретения содержит исходный Al материал чистотой 4N или 5N, который содержит добавленный Bi в количестве в диапазоне от 0,8 до 1,4% масс.; и добавленный Si и Si в виде примеси к Al в полном количестве в диапазоне от 0,25 до 0,7% масс. в расчете на количество Al.
Если Al композитный материал имеет такой состав, Al пленка, полученная из этого материала, может легко реагировать с водой во влажной атмосфере с выделением газообразного водорода, и полученные продукты могут, таким образом, растворяться в воде.
Если количество добавленного Bi меньше чем 0,8% масс., реакционная способность полученной Al пленки с водой снижается, тогда как если количество добавленного Bi выше чем 1,4% масс., реакционная способность полученной Al пленки с водой становится очень высокой, и Al пленка может иногда реагировать с влагой, присутствующей в атмосферном воздухе. Кроме того, если полное количество Si меньше чем 0,25% масс., эффект регулирования реакционной способности с водой полученной Al пленки ослабляется, если общее количество Si превышает 0,7% масс., реакционная способность с водой Al пленки, по существу, снижается.
Способ получения реагирующей с водой Al пленки согласно настоящему изобретению содержит этапы плавления материала, содержащего исходный Al материал чистоты 4N или 5N, который содержит добавленный Bi в количестве в диапазоне от 0,8 до 1,4% масс. и добавленный Si и Si в виде примеси к Al в общем количестве в диапазоне от 0,25 до 0,7% масс. в расчете на количество Al таким образом, что полученный материал имеет однородный состав; термического напыления данного расплавленного материала на поверхность подложки и затем его затвердевания путем закаливания с образованием на ней Al композитной пленки. В этом способе получения количество Si, включая Si в виде примеси, добавляемого к данному материалу, предпочтительно находится в диапазоне от 0,04 до 0,2% масс.
Реагирующая с водой Al пленка согласно настоящему изобретению отличается тем, что состоит, по существу, из вышеуказанного реагирующего с водой Al композитного материала.
Составляющий элемент пленкообразующей камеры устройства для образования пленки согласно настоящему изобретению отличается тем, что данный составляющий элемент имеет на поверхности вышеуказанную, реагирующую с водой, Al пленку.
Составляющий элемент пленкообразующей камеры согласно настоящему изобретению дополнительно отличается тем, что данный составляющий элемент представляет собой предотвращающую адгезию пластину, заслонку или маску.
Действие данного изобретения
Термически напыленная Al пленка, состоящая, по существу, из реагирующего с водой Al композитного материала согласно настоящему изобретению, может быть легко получена с помощью простого способа при снижении производственных затрат. Кроме того, данная Al пленка имеет такие отличительные свойства, что она может растворяться в воде в результате 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 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).
Эта Al 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 Al композитной пленки настоящего изобретения: если операцию образования пленки выполняют, используя устройство для образования пленки, снабженное составляющими элементами пленкообразующей камеры (например, предотвращающей адгезию пластиной, заслонкой и маской), которые покрыты реагирующей с водой Al пленкой по настоящему изобретению, 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 Al пленки, и ценные металлы, включенные в пленкообразующий материал, могут легко извлекаться из прилипшей пленки, отделенной от поверхности составляющих элементов.
Кроме того, данные составляющие элементы пленкообразующей камеры, 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 Al пленки, полученной в сравнительном 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 Al пленки, полученной в примере 1.
Фиг.3 представляет собой фотографию, показывающую пленку, прилипшую к поверхности основы, снабженной термически напыленной Al пленкой, полученной в примере 1, которая находится в отслоившемся состоянии.
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 Al пленкой настоящего изобретения, также подвергается воздействию повторяющегося термического гистерезиса. Соответственно, необходимо, чтобы Al 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, Al пленка, обеспеченная неизбежно прилипшей к ней пленкой во время процесса образования пленки, должна иметь такую растворимость (или активность), чтобы данная Al пленка легко отходила от основы вместе с прилипшей пленкой и все еще была устойчивой даже после того, как Al пленка подвергается термическому гистерезису, испытанному в процессе образования пленки.
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 достаточно, когда Al пленка имеет реакционную способность по отношению к воде и растворимость в воде, даже после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса до диапазона температур, указанного выше, или более высокой температуры. В случае реагирующей с водой Al пленки согласно настоящему изобретению такое требование для растворимости определенно удовлетворяется, как будет подробно объясняться ниже.
2
2
Вышеуказанная растворимость или активность Al композитной пленки по настоящему изобретению оценивается на основании плотности тока (в настоящем изобретении также называемая "плотность тока реакции (мА/см)"), определяемой путем погружения основы, покрытой Al пленкой, в теплую воду, поддерживаемую при заданной температуре (в диапазоне от 60 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 Al пленка, обеспеченная прилипшей пленкой, неизбежно прикрепляющейся к ней во время процесса образования пленки, имеет такую растворимость (или активность), что данная Al пленка может легко отходить от базового материала вместе с прилипшей пленкой даже после того, как Al 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.
Настоящее изобретение будет далее описано со ссылкой на следующие варианты осуществления.
В Al пленке, состоящей, по существу, из реагирующего с водой Al композитного материала согласно настоящему изобретению, Bi равномерно диспергирован или распределен в высокой степени внутри Al матрицы, и соответственно Al 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 Al материалы, например, имеющие чистоту 4N (99,99%) и 5N (99,999%), и каждый из них может быть получен путем дополнительно обработки исходного Al материала, имеющего низкую частоту и полученного с помощью электролитического процесса, такого как 2N (99%) Al или 3N (99,9%) Al соответственно 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 4NA1 и 5NA1, включают в себя Fe и Si, и эти исходные Al материалы дополнительно включают в себя, например, Сu, Ni и С в виде примесей, иных, чем указанные основные примеси.
В Al-Bi системе разница электрохимических потенциалов между Al и Bi обычно довольно высока, но если самопроизвольная оксидная пленка Al присутствует на его поверхности, ионизация Al не наступает совсем. Однако когда самопроизвольная оксидная пленка разрушается или удаляется и Al непосредственно вступает в тесный контакт с Bi, ионизация Al может ускоряться очень быстро из-за разницы потенциалов между ними. На этой стадии Bi существует в его исходном состоянии, высокодиспергированном по Al кристаллическим зернам без какого-либо химического изменения. Bi имеет низкую точку плавления (271°С) и никогда не образует никакого твердого раствора с Al. Соответственно, желаемая Al пленка может быть получена путем плавления Al и Bi таким образом, что состав становится однородным, 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, Al пленку в результате затвердевания осажденного расплавленного материала путем закаливания, а также сжимающего эффекта затвердевания.
2
Добавленный Bi сильно диспергируется по Al кристаллическим зернам вследствие действия процесса термического напыления и поддерживается в состоянии, в котором он находится в прямом контакте с Al. Добавленный Bi никогда не образует устойчивой фазы с Al и, следовательно, поверхность раздела Al/Bi поддерживается в состоянии высокой энергии и может подвергаться энергичной реакции с водой во влажной атмосфере при контакте поверхности с водой. Кроме того, 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, AlOOН, 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 Al материала, тем более заметно поведение Al-Bi системы, описанное выше, и, другими словами, данное поведение особенно заметно в случае 4NA1 и 5NA1 по сравнению с 2NA1 и 3NA1.
Термически напыленная Al пленка, состоящая, по существу, из 4NA1-Bi композитного материала, которая образована с помощью способа термического напыления, демонстрирует высокую активность и хорошую растворимость в воде во влажной атмосфере, но с ней можно обращаться с большим трудом. Кроме того, термически напыленная Al пленка немного снижается в своей реакционной способности (растворении) после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса.
Если желаемое количество Si добавлено к указанному 4NA1-Bi композитному материалу, термически напыленная Al пленка, полученная из данного Al композитного материала, снижается в своей активности, и обращение с данной пленкой становится легче. В противоположность этому, термически напыленная Al пленка после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса, улучшает свою активность, и данная пленка может, таким образом, демонстрировать высокую способность к растворению (активность) в атмосфере, в которой присутствует влага. По этой причине Al пленка после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса, может иногда превращаться в порошок при оставлении на 2~3 часа в атмосферном воздухе в зависимости от композиционного отношения Bi и Si в пленке. В таком случае Al пленка до того, как Al пленка, подвергшаяся воздействию термического гистерезиса, отслаивается от базового материала, предпочтительно сохраняется в атмосфере, свободной от любой влаги (атмосфера вакуума также может быть использована), чтобы избежать возникновения ее реакции с влагой в атмосфере.
Теперь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на реагирующий с водой Al композитный материал, состоящий, по существу, из 4NAl-Bi-Si, в качестве примера.
Термически напыленную Al пленку получают, используя Al-Bi-Si композитный материал, в котором Bi и Si равномерно диспергированы, 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-Bi-Si пленка содержит кристаллические Bi зерна (имеющие размер частиц не больше чем 10 нм) в таком состоянии, что они очень равномерно диспергированы в кристаллических Al зернах.
Вышеуказанная термически напыленная Al пленка получается, например, способом, подробно описанным ниже.
Более конкретно, способ получения термически напыленной Al пленки содержит этапы получения исходного материала чистоты 4N, Bi и Si; объединения исходного Al материала с Bi в количестве в диапазоне, от 0,8 до 1,4% масс. и с Si (включая Si, присутствующий в 4NA1) в полном количестве в диапазоне от 0,25 до 0,7% масс., принимая во внимание количество Si, присутствующего в 4NA1 в виде примеси, с равномерным растворением и диспергированием и Bi, и Si в Al; формования полученной однородной смеси в форме прутка или проволоки, получая материал для термического распыления; затем покрытия поверхности основы, например, составляющего элемента пленкообразующей камеры устройства для образования пленки, такого как предотвращающая адгезию пластина, используемого в данной камере, путем напыления данного материала в его расплавленном состоянии на поверхность основы с помощью технологии пламенного-термического напыления; и затем закаливания и затвердевания напыленного материала с получением основы, снабженной желаемой, реагирующей с водой, термически напыленной Al пленкой. Сформированная таким образом термически напыленная пленка представляет собой пленку, в которой Bi присутствует в кристаллических Al зернах в очень равномерно диспергированном состоянии, как было описано выше.
Как было описано выше, в случае термически напыленной Al пленки, полученной с использованием композитного материала, полученного путем добавления заданного количества (от 0,25 до 0,7% масс.) Si к Al-Bi системе, растворимость в воде данной термически напыленной Al пленки может регулироваться без действия на Al пленку какой-либо последующей обработки. Это, соответственно, может предотвращать термически напыленную пленку от растворения путем реакции с влагой, присутствующей в атмосфере, и это также облегчает обращение с пленкой. Кроме того, если термически напыленная Al пленка подвергается воздействию термического гистерезиса, ее активность увеличивается и ее растворимость в воде также улучшается пропорционально увеличению добавленного количества Si и увеличению температуры термического гистерезиса. В частности, если пленка испытывает термический гистерезис не менее чем 250°С, данная Al пленка превращается в порошок просто при стоянии в течение от 2 до 3 часов в атмосферном воздухе. В этом отношении, однако, если не менее чем 0,8% масс. Si добавляется к Al-Bi системе, полученная Al пленка теряет свою способность растворяться в воде.
При погружении основы, покрытой термически напыленной Al 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, в конце термически напыленная пленка полностью растворяется, и осадки, состоящие из, например, Al, Bi и Si, 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 Al 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 Al 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 Al пленки, обеспеченной осажденной пленкой из пленкообразующего материала.
В этом случае в качестве жидкости для отделения Al 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 состав 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 обеспечен на своей поверхности пленкой, состоящей из реагирующего с водой Al 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 сравнительные примеры и рабочие примеры.
(Сравнительный пример 1)
Следующие Al-Bi составы готовили и затем изучали в отношении чистоты Al, концентрации Bi и растворимости или активности полученных термически напыленных пленок, и полученные таким образом результаты исследовали и сравнивали друг с другом, используя 2NA1 и 4NA1 в качестве исходных Al материалов. В этой связи, добавленное количество Bi выражали в терминах относительно массы (веса) использованного исходного Al материала.
- 2NA1 - 0,2% масс.(% вес) Bi;
- 2NA1 - 0,5% масс. Bi;
- 2NA1 - 1% масс. Bi;
- 4NA1 - 0,2% масс. Bi;
- 4NA1 - 0,5% масс. Bi;
- 4NA1 - 1% масс. Bi.
2
2
2
2
Объединяли Al и Bi друг с другом с величинами, указанными выше, равномерно растворяя или диспергируя Bi в Al, 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 400°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 (0°С) и ту же основу, использованную выше и полученную после тепловой обработки, каждую погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы получить растворимость каждой термически напыленной пленки. 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.
Данные, представленные на фиг.1, ясно показывают, что при использовании 2NA1 в качестве исходного Al материала полученные Al пленки не показывают какой-либо растворимости в воде, тогда как при использовании 4NA1 в качестве исходного Al материала полученные Al пленки демонстрировали очень высокую растворимость в воде. Кроме того, наблюдали такую тенденцию, что чем выше концентрация Bi, тем выше растворимость в воде полученной Al пленки. Таким образом, было обнаружено, что термически напыленная Al пленка, имеющая прекрасную растворимость в воде, может быть получена при использовании исходного Al материала, имеющего чистоту не менее чем 4N. При использовании 4NA1 в качестве исходного Al материала, однако, возникают такие проблемы, что полученная термически напыленная пленка имеет очень высокую растворимость и что данная пленка превращается в порошок, если позволить ей стоять при обычной температуре в течение 2-3 часов на атмосфере. Соответственно, базовый материал, обеспеченный термически напыленной Al пленкой и полученный после тепловой обработки, необходимо хранить в атмосфере, свободной от какой-либо влаги (атмосфера вакуума также может использоваться). По этой причине с точки зрения промышленного применения необходимо регулировать ее активность (растворимость), чтобы облегчить обращение с ней.
Пример 1
Ввиду результатов, полученных в сравнительном примере 1, авторы данного изобретения готовили Al-Bi-Si составы путем введения Bi и Si (в полном количестве, включая Si в виде примеси) в 4NA1 в качестве исходного Al материала, и затем готовили термически напыленные Al пленки, используя полученные составы, и полученные Al пленки исследовали на предмет соотношения между добавленными количествами Bi и Si и растворимостью или активностью в воде полученной термически напыленной пленки. В этой связи, добавленные количества Bi и Si выражали в обозначениях, вычисленных в расчете на массу исходного Al материала.
- 4NA1 - 1% масс. Bi (включая 90 ч/млн примесного Si);
- 4NA1 - 1% масс. Bi - 0,25% масс. Si (включая 90 ч/млн примесного Si);
- 4NA1 - 1% масс. Bi - 0,5% масс. Si (включая 100 ч/млн примесного Si);
- 4NA1 - 1,4% масс. Bi - 0,7% масс. Si (включая 100 ч/млн примесного Si);
- 4NA1 - 1% масс. Bi - 0,85% масс. Si (включая 100 ч/млн примесного Si).
2
2
2
Используя термически напыленный материал, полученный путем объединения Al, Bi и Si вместе в указанных выше количествах, равномерно растворяя или, диспергируя Bi и Si в Al и затем формуя полученную смесь в прутковое изделие, формировали термически напыленную пленку путем расплавления пруткового изделия и затем термического напыления полученного расплава изделия на поверхность алюминиевой основы 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 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 (0°С) и ту же основу, использованную выше и полученную после тепловой обработки (после воздействия термического гистерезиса), каждую погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы получить растворимость каждой термически напыленной пленки, и с последующим исследованием полученных таким образом результатов.
2
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.
Данные, представленные на фиг.2, ясно показывают, что добавление заданного количества (от 0,25 до 0,7% масс.) Si позволяет регулировать активность и, другими словами, растворимость термически напыленной Al пленки, свободной от какой-либо тепловой обработки, когда пленка находится в состоянии сразу после ее образования с помощью технологии термического напыления. Соответственно, растворение термически напыленной Al пленки, путем ее реакции с влагой, присутствующей в атмосфере, может определенно предотвращаться. Кроме того, наблюдали такую тенденцию, что в случае термически напыленной Al пленки, полученной после воздействия на нее тепловой обработки, ее активность увеличивается и ее растворимость также улучшается пропорционально увеличению содержания добавленного Si и увеличению температуры тепловой обработки, но если Si вводится в материал для получения Al пленки в количестве 0,85% масс., полученная Al пленка никогда не показывает какой-либо растворимости в воде. В этой связи, однако, было обнаружено, что если термически напыленную Al пленку получали, используя материал, к которому Si добавлен в количестве в диапазоне от 0,25 до 0,7% масс., термически напыленная Al пленка, которую подвергали тепловой обработке при 250°С, превращается в порошок, когда ее оставляют на 2-3 часа в атмосфере.
В случае термически напыленной Al пленки, полученной из Al-Bi-Si композитного материала, термически напыленная Al пленка демонстрирует такую тенденцию, что растворимость в воде не снижается, а даже увеличивается, когда температура тепловой обработки превышает 350°С.
Было обнаружено, что при погружении в теплую воду, поддерживаемую при 80°С, базового материала, покрытого термически напыленной Al 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 Al композитный материал по настоящему изобретению определенно является реагирующим с водой.
Пример 2
Операции образования платиновой (Pt) пленки повторяли на протяжении 30 циклов, используя распыляющее устройство, оборудованное предотвращающей адгезию пластиной, поверхность которой была покрыта термически напыленной пленкой (толщина пленки: 200 мкм) из 4NA1 - 1% масс. Bi - 0,5% масс. Si, полученной в примере 1, и затем данную предотвращающую адгезию пластину, к которой 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 за 20 минут, и что прилипшая пленка Pt отслаивалась от предотвращающей адгезию пластины, как показано на фиг.3. Таким образом, Pt в качестве пленкообразующего материала можно было легко извлекать. На этой стадии было обнаружено, что AlOOН осаждался в теплой воде.
Промышленная применимость
При покрытии Al пленкой, состоящей из реагирующего с водой Al 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.