Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов
Для получения гальванических покрытий карбида молибдена на полупроводниковых и диэлектрических материалах (алмаз, кубический нитрид бора, карбиды кремния и бора) высокотемпературным электрохимическим синтезом из солевых расплавов подобраны два состава электролитов: Na₂WO₄―MoO₃―Li₂СО₃ и KCl―NaCl―Na₂M...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Адгезия расплавов и пайка материалов |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167460 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов / А.И. Габ // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 85-89. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-167460 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1674602020-03-29T01:25:43Z Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов Габ, А.И. Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Для получения гальванических покрытий карбида молибдена на полупроводниковых и диэлектрических материалах (алмаз, кубический нитрид бора, карбиды кремния и бора) высокотемпературным электрохимическим синтезом из солевых расплавов подобраны два состава электролитов: Na₂WO₄―MoO₃―Li₂СО₃ и KCl―NaCl―Na₂MoO₄―Na₂CO₃. Определены оптимальные условия электролиза (температура, катодная плотность тока, продолжительность процесса) для нанесения качественных сплошных покрытий. Оценены эксплуатационные свойства порошков с карбидными покрытиями. Для отримання гальванічних покриттів карбіду молібдену на напівпровідникових і діелектричних матеріалах (алмаз, кубічний нітрид бору, карбіди кремнію і бору) високотемпературним електрохімічним синтезом з сольових розплавів підібрано два склади електролітів: Na₂WO₄―MoO₃―Li₂СО₃ і KCl―NaCl―Na₂MoO₄―Na₂CO₃. Визначено оптимальні умови електролізу (температура, катодна густина струму, тривалість процесу) для нанесення суцільних якісних покриттів. Оцінено експлуатаційні властивості порошків з карбідними покриттями. For obtaining of galvanic molybdenum carbide coatings at surface of semiconductor and dielectric materials (diamond, cubic boron nitride, silicon and boron carbides) from molten salt by high temperature electrochemical synthesis, two compositions of electrolytes were chosen: Na₂WO₄—MoO₃—Li₂СО₃ and KCl—NaCl—Na₂MoO₄—Na₂CO₃. Optimal electrolysis conditions (temperature, cathode current density, duration of process) were determined for continuous high-quality coatings deposition. Operation characteristics of powders with carbide coatings were estimated. 2009 Article Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов / А.И. Габ // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 85-89. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0136-1732 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167460 541.135.3:666.233 ru Адгезия расплавов и пайка материалов Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов |
| spellingShingle |
Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Габ, А.И. Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов Адгезия расплавов и пайка материалов |
| description |
Для получения гальванических покрытий карбида молибдена на полупроводниковых и диэлектрических материалах (алмаз, кубический нитрид бора, карбиды кремния и бора) высокотемпературным электрохимическим синтезом из солевых расплавов подобраны два состава электролитов: Na₂WO₄―MoO₃―Li₂СО₃ и KCl―NaCl―Na₂MoO₄―Na₂CO₃. Определены оптимальные условия электролиза (температура, катодная плотность тока, продолжительность процесса) для нанесения качественных сплошных покрытий. Оценены эксплуатационные свойства порошков с карбидными покрытиями. |
| format |
Article |
| author |
Габ, А.И. |
| author_facet |
Габ, А.И. |
| author_sort |
Габ, А.И. |
| title |
Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов |
| title_short |
Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов |
| title_full |
Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов |
| title_fullStr |
Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов |
| title_full_unstemmed |
Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов |
| title_sort |
гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов |
| publisher |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167460 |
| citation_txt |
Гальванические покрытия карбида молибдена, нанесенные на поверхность полупроводниковых и диэлектрических материалов из ионных расплавов / А.И. Габ // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 85-89. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Адгезия расплавов и пайка материалов |
| work_keys_str_mv |
AT gabai galʹvaničeskiepokrytiâkarbidamolibdenananesennyenapoverhnostʹpoluprovodnikovyhidiélektričeskihmaterialovizionnyhrasplavov |
| first_indexed |
2025-07-15T00:33:12Z |
| last_indexed |
2025-07-15T00:33:12Z |
| _version_ |
1837670973142204416 |
| fulltext |
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
85
УДК 541.135.3:666.233
А. И. Габ*
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ КАРБИДА МОЛИБДЕНА,
НАНЕСЕННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ИОННЫХ
РАСПЛАВОВ
Для получения гальванических покрытий карбида молибдена на полупроводниковых и ди-
электрических материалах (алмаз, кубический нитрид бора, карбиды кремния и бора)
высокотемпературным электрохимическим синтезом из солевых расплавов подобраны два
состава электролитов: Na2WO4―MoO3―Li 2СО3 и KCl―NaCl―Na2MoO4―Na2CO3.
Определены оптимальные условия электролиза (температура, катодная плотность тока,
продолжительность процесса) для нанесения качественных сплошных покрытий. Оценены
эксплуатационные свойства порошков с карбидными покрытиями.
Ключевые слова: гальваническое покрытие, карбид молибдена, полупроводник,
диэлектрик, ионный расплав, алмаз, нитрид бора.
Введение
Природные и синтетические алмазы, кубический нитрид бора являются
высокоомными диэлектриками (ВД), то есть практически не проводят
электрический ток. Согласно справочным данным, удельное сопротивле-
ние большинства кристаллов природного алмаза в интервале температур
973—1173 К составляет 1010—1014 [1], а кубического нитрида бора —
108—1013 Ом·см [2]. Поэтому использование указанных диэлектриков в
качестве катодного материала при обычных условиях в водных растворах
невозможно. Карбиды кремния и бора принадлежат к классу полу-
проводников (ПП). Их удельное сопротивление составляет 101—103 и
10-4—10-1 Ом·см соответственно [2]. Данные о гальванической обработке
ВД и ПП в ионных расплавах в литературе отсутствуют.
Нами установлено, что кристаллы ВД при контакте с ионными
расплавами определенного состава приобретают свойство проводить
электрический ток [3], а кристаллы ПП — свойство изменять свой
потенциал в зависимости от состава расплава [4]. Это объясняется
концепцией возникновения электрохимического потенциала и
поверхностной проводимости в результате окислительно-восстанови-
тельных процессов, происходящих на границе раздела ВД (ПП)—расплав
[5]. В этом случае при пропускании электрического тока через зерна ВД и
ПП на их поверхности возможно протекание электрохимических реакций
осаждения индивидуальных элементов и высокотемпературного электро-
* А. И. Габ — кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры техноло-
гии неорганических веществ и общей химической технологии химико-технологического
факультета Национального технического университета Украины “Киевский политехни-
ческий институт”, доцент кафедры химии и новейших химических технологий Инже-
нерно-технологического института открытого международного университета развития
человека “Украина”, г. Киев.
© А. И. Габ, 2009
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
86
химического синтеза. Использование ионных расплавов в качестве элек-
тролита позволяет осуществить высокотемпературный электрохимический
синтез (ВЭС) соединений, не осаждаемых из водных растворов (например,
карбида молибдена Мо2С).
Осаждение карбида молибдена на поверхности зерен алмазов, нитрида
бора, карбидов кремния и бора является эффективным средством по-
вышения их работоспособности. Благодаря металлизации существенно
улучшаются эксплуатационные параметры инструмента и, как следствие,
значительно снижается удельный расход ВД и ПП [6].
Цель настоящей работы — разработка условий осуществления ВЭС на
поверхности ВД и ПП в ионных расплавах.
Методика и объекты экспериментов
В работе использовали алмазные шлифпорошки марок АС32, АСК с
размером зерен 500/400 и 125/100 мкм соответственно, широко применя-
емые для изготовления алмазно-абразивного инструмента, порошки кар-
бидов кремния и бора с размером зерен 400/320 и 160/125 мкм соответ-
ственно.
При осуществлении ВЭС карбида молибдена на поверхности зерен ди-
электриков и полупроводников последние помещали в никелевый контей-
нер. Токоподводом к контейнеру являлась никелевая проволока. Анодом и
одновременно контейнером для расплава служил графитовый тигель
(графит марки МПГ-7). Исследования проводили в расплавах, приготов-
ленных из реактивов квалификации “химически чистый” и “чистый для
анализа”. Отделение металлизированных зерен от остатков электролита
осуществляли кипячением в дистиллированной воде. До и после каждого
эксперимента контролировали массу, внешний вид порошков, проводили
рентгенофазовый анализ поверхности исследуемого материала на
установке ДРОН-4,0.
Результаты и их обсуждение
Электрохимическая металлизация заключалась в том, что зерна ВД и ПП
выдерживали в расплавах (% (мол.)) Na2WO4—5МоO3—10Li2CO3 или
KCl—NaCl (1 : 1)—5Na2MoO4—7,5Na2CO3 при температурах 1073—
1173 К и катодных плотностях тока 10—100 А·м-2. В таких условиях
поверхность ВД и ПП становится электропроводной и выступает в роли
активной подложки для ВЭС карбида молибдена. Процесс получения
покрытия Мо2С состоит в соосаждении молибдена и углерода при
одновременном восстановлении молибдат- и карбонат-ионов,
присутствующих в расплавах и имеющих близкие потенциалы разряда, и
последующем взаимодействии элементов с формированием продукта в
виде сплошного осадка:
,O4Moe6MoO 22
4
−− +→+
,O3Ce4CO 22
3
−− +→+
.CMoCMo2 2→+
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
87
При температурах ниже 1073 К металлизация не происходит,
поскольку образуются порошкообразные осадки. Катодную плотность
тока рассчитывали по площади зерен ВД и ПП. Степень металлизации
определяли как разницу в массе исходных и металлизированных зерен.
Качество карбид-молибденовых покрытий оценивали по их внешнему
виду и физико-механическим свойствам [7]. Внешне покрытие
представляло собой светло-серый мелкокристаллический сплошной
осадок. На сколах отчетливо видна его сплошность. На рентгенограммах
поверхностного слоя зерен с покрытиями присутствовали интенсивные
линии карбида молибдена. Скорость нанесения покрытий Мо2С на зерна
алмазов существенно зависит как от температуры электролиза, так и от
катодной плотности тока (рис. 1). С ростом этих параметров при одина-
ковой продолжительности процесса скорость осаждения покрытий увели-
чивается. Испытания алмазов АСК 125/100 проводили на установке “Тор-
надо” Львовского полиграфического института. Коэффициент разруша-
ющей нагрузки Р определяли как соотношение разрушающих нагрузок
металлизированных и исходных зерен Рмет/Рисх. Покрытия из карбида
молибдена, осажденные в определенных технологических условиях,
позволяют повысить разрушающую нагрузку алмазов по сравнению с
исходными в 1,3―1,9 раза в зависимости от режима электролиза.
Испытания алмазов АС-32 500/400 проводили в соответствии с требо-
ваниями ГОСТ 9206-80 на разрывной машине установки ИМАШ-20-75,
оборудованной микроскопом УВТ и реверсом для получения сжимающего
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4
3
2
1
h,
м
к
м
τ, ч
Рис. 1. Зависимость толщины h покрытия Мо2С на
синтетических алмазах от продолжительности τ
процесса осаждения. Т, К: 1, 2 — 1173; 3, 4 — 1123;
ik, А·м-2: 1, 3 — 200; 2, 4 — 100
Fig. 1. Dependence of Mo2C coating thickness h at synthetic
diamond surface on deposition process duration τ. T, K:
1, 2 — 1173; 3, 4 — 1123; ik, A·m-2: 1, 3 — 200;
2, 4 — 100
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
88
усилия. Раздавливание зерен происходило между шлифованными пласти-
нами поликристаллического алмаза АСПК. В результате нанесения по-
крытий карбида молибдена на алмазы АС-32 500/400 мкм разрушающая
нагрузка повышается в 1,1—1,3 раза. При этом она возрастает с увели-
чением массы или толщины покрытия.
Опытные партии инструмента из алмазов с высокотемпературными
гальванопокрытиями из карбида молибдена испытывали при грубом
шлифовании оптического стекла. Работоспособность инструмента воз-
росла в 1,5—2,0 раза. В целом аналогичные результаты получены и при
осаждении покрытий карбида молибдена на зерна кубического нит-
рида бора.
Покрытия Мо2С наносили на зерна карбида кремния зернистости
400/320 мкм и зерна карбида бора 160/125 мкм при температуре 1173 К и
катодных плотностях тока 50—200 А·м-2 в течение 15—90 мин.
Установлено, что степень металлизации существенно зависит от катодной
плотности тока и продолжительности электролиза: с ростом этих
параметров скорость осаждения увеличивается (рис. 2).
Испытания зерен карбидов кремния и бора на разрушение проводили в
соответствии с ГОСТ 9206-81 на установке ДА-2. Капиллярность,
характеризующую смачиваемость абразивных материалов, определяли по
высоте подъема уровня воды в стеклянных трубках, заполненных
исходными и металлизированными зернами [8]. В результате нанесения
карбида молибдена коэффициент разрушающей нагрузки зерен карбидов
кремния и бора составил 1,5—2,5; капиллярность зерен карбида кремния
увеличивалась в 3,4—4,0, а карбида бора — в 2,3—2,5 раза.
0,005 0,010 0,015 0,020
0
10
20
30
40
50
2
1
.
m
, %
(
м
а
с
.)
i
k
, А м2
Рис. 2. Зависимость степени металлизации m карбидом молибдена зерен
карбидов кремния (1, 3) и бора (2, 4) от плотности тока i (τ = 1 ч) (а) и
продолжительности электролиза τ (ik = 100 А·м-2) (б)
Fig. 2. Dependence of metallization degree m of silicon (1, 3) and boron (2, 4)
carbides grains by molybdenum carbide on current density i (τ = 1 h) (а) and
electrolysis duration τ (ik = 100 A·m-2) (б)
Выводы
Нанесение гальванических покрытий карбида молибдена на зерна ди-
электриков и полупроводников способствует повышению их разруша-
ющей нагрузки и смачиваемости, что в конечном итоге увеличивает
работоспособность абразивного инструмента, изготовленного с исполь-
0,0 0,5 1,0 1,5
0
10
20
30
40
2
1
m
, %
(
м
а
с
.)
τ, ч
а б
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
89
зованием полупроводниковых и диэлектрических материалов, покрытых
карбидом молибдена.
РЕЗЮМЕ. Для отримання гальванічних покриттів карбіду молібдену на напів-
провідникових і діелектричних матеріалах (алмаз, кубічний нітрид бору, карбіди
кремнію і бору) високотемпературним електрохімічним синтезом з сольових роз-
плавів підібрано два склади електролітів: Na2WO4—MoO3—Li 2СО3 і KCl—NaCl—
Na2MoO4—Na2CO3. Визначено оптимальні умови електролізу (температура,
катодна густина струму, тривалість процесу) для нанесення суцільних якісних
покриттів. Оцінено експлуатаційні властивості порошків з карбідними
покриттями.
Ключові слова: гальванічне покриття, карбід молібдену, напівпровідник,
діелектрик, іонний розплав, алмаз, нітрид бору.
1. Физические свойства алмаза: (Справ.) / Под ред. Н. В. Новико-
ва. — К.: Наук. думка, 1987. — 188 с.
2. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений: (Справ.) /
Под ред. Т. Я. Косолапова. — М.: Металлургия, 1986. — 928 с.
3. Кушхов Х. Б., Шаповал В. И., Барабошкин А. Н. О возникновении
проводимости в кристаллах алмазов при их контакте с расплавами //
Докл. АН СССР. — 1990. — 312, № 6. — С. 1405—1408.
4. Novoselova I. A., Malyshev V. V., Shapoval V. I. Electrosurface properties
of dielectrics in molten salts // Third Internat. Symp. on Electrochem.
Impedance Spectroscopy. — Isermonde, Belgium, 1995. — P. 190.
5. Shapoval V. I., Novoselova I. A., Malyshev V. V., Kushkhov H. B.
Electrochemical behaviour of diamonds in ionic melts // Electrochim.
Acta. — 1995. — 40, No. 8. — P. 1031—1035.
6. Найдич Ю. В., Лавриненко И. А., Волк Г. П. Сверхтвердые материалы.
Синтез, свойства и применение // Физико-химические основы и
методы нанесения металлических покрытий на алмазы и создание на
их основе инструментов с повышенными эксплуатационными
свойствами. — К.: Наук. думка, 1983. — С. 122—127.
7. Прикладная электрохимия / Под ред. Н. Т. Кудрявцева. — М.: Химия, 1975. — 552 с.
8. Якубовский Е. С., Эйдельштейн Ф. И., Ломова А. А. О методах
обработки поверхности абразивных материалов // Абразивы. —
1976. — № 2. — С. 9—14.
Поступила 11.10.09
Gab A. I.
Galvanic molybdenum carbide coatings onto semiconductor and dielectric
materials from ionic melts
For obtaining of galvanic molybdenum carbide coatings at surface of semiconductor
and dielectric materials (diamond, cubic boron nitride, silicon and boron carbides) from
molten salt by high temperature electrochemical synthesis, two compositions of
electrolytes were chosen: Na2WO4—MoO3—Li 2СО3 and KCl—NaCl—Na2MoO4—
Na2CO3. Optimal electrolysis conditions (temperature, cathode current density, duration
of process) were determined for continuous high-quality coatings deposition. Operation
characteristics of powders with carbide coatings were estimated.
Keywords: galvanic coating, molybdenum carbide, semiconductor, dielectric, ionic
melt, diamond, boron nitride.
|