Химическое парофазное (газофазное) осаждение. (CVD - chemical vapor deposition)

Методика CVD позволяет наращивать твердые вещества на поверхности с помощью химических превращений паров летучих веществ. Осаждение из газовой фазы протекает через ряд последовательных стадий: испарение, перенос, зародышеобразование и рост; последняя стадия тесно связана со структурой осадка и напряжениями в нём. Для каждого из указанных процессов разрабатывается специализированное оборудование.
При химическом осаждении имеет место рассеяние материала, что позволяет получить равномерные осадки на изделиях относительно сложной формы.

Схема CVD процесса

 Можно получать материалы и покрытия, не требующие дальнейшей обработки, и управлять составом и структурой получаемых материалов. В отличие от 3D печати, методы CVD пригодны для формирования плотных тугоплавких, износостойких (в том числе керамических) материалов, близких по свойствам к литым изделиям.

Процессы CVD протекают, как правило, при высоких температурах.

Для снижения температуры используют

а) процессы восстановления галогенидов водородом или разлагающиеся при относительно низких температурах реагенты, например, металлорганические соединения или,

б) инициирование химического осаждения плазмой (PECVD - plasma-enhanced CVD),

в) понижение общего давления в реакционной камере (LPCVD – Low Pressure CVD).

Существующие варианты снижения температуры имеют некоторые недостатки. Водородное восстановление галогенидов может привести к наводораживанию и охрупчиванию материалов. Применяемые металлорганические соединения зачастую ядовиты, пригодны для ограниченного круга материалов и содержат углерод и кислород, что способствует образованию примесей. В PECVD методах покрытия имеют невысокую адгезию, неравномерную толщину по поверхности и проблемы при нанесении покрытий на детали сложной формы и полости.

Очевидно, что необходимы безводородные низкотемпературные CVD методики получения высокочистых металлов и соединений, позволяющие осаждать материалы и покрытия на детали сложной формы, необходима разработка современного недорогого оборудования для реализации таких методик.

Современные методики осаждения должны позволять наносить многослойные покрытия, а также диффузные градиентные покрытия. Такие покрытия позволяют сочетать свойства различных материалов, что важно, например, для снижения термических напряжений, обеспечения теплозащитных свойств или уменьшения диффузии (барьерные слои) между слоями покрытия.