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DE2445564A1 - Verfahren zur beschichtung von innenflaechen von hohlkoerpern, insbesondere von rohren - Google Patents

Verfahren zur beschichtung von innenflaechen von hohlkoerpern, insbesondere von rohren

Info

Publication number
DE2445564A1
DE2445564A1 DE19742445564 DE2445564A DE2445564A1 DE 2445564 A1 DE2445564 A1 DE 2445564A1 DE 19742445564 DE19742445564 DE 19742445564 DE 2445564 A DE2445564 A DE 2445564A DE 2445564 A1 DE2445564 A1 DE 2445564A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coating
heated
tubes
tantalum
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19742445564
Other languages
English (en)
Inventor
Konrad Dr Rer Nat Hieber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DE19742445564 priority Critical patent/DE2445564A1/de
Publication of DE2445564A1 publication Critical patent/DE2445564A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
    • C23C16/14Deposition of only one other metal element

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

  • Verfahren zur Beschichtung von Innenflächen von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren.
  • Bei chemischen Analyseverfahren, z.B. bei der Gas-Chromatographie, werden Hohlkörper, insbesondere Rohre, mit sehr korrosionsbeständigen Innenwandungen benötigt. Man verwendet beispielsweise Rohre aus Tantal. Deren Herstellung ist jedoch verhältnismäßig schwierig und mit einem außerordentlich hohen KOstenauSwand verbunden.
  • Wünschenswert ist es, wenn man derartige Rohre beispielsweise aus V2A- oder V4A-StShl herstellen könnte, und wenn diese Rohre dann innen mit Tantal beschichtet würden. Dies war bislang jedoch nicht-möglich, da sich Tantal galvanisch nicht abschaden läßt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem Innenwandungen von lIohlkörpere, insbesondere von Rohren, auch mit galvanisch nicht abscheidbaren Substanzen beschichtet werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Aufgelöst, welches erfindungsgemäß entsprechend den Kennzeichen des Patentanspruches 1 ausgebildet ist.
  • Bei der Erfindung dient also ein CVD-Verfahren (chemical vapor deposition) zur Beschichtung der Innenflächen. Bei einem OVD-Verfahren werden mindestens zwei gas- oder dampfförmige Reaktanten in einen evakuierten Reaktionsaum eingegeben, wobei üich auf einem im allgemeinen beheizten Substrat ein chemisches Reaktionsprodukt der Reaktanten niedersihlägt.
  • Um eine ungleichmäßige Schichtdicke zu vermeiden, diese könnte dadurch entstehen, daß in der Nühe der Öffnung des Hohlkörper3, z.B. in der Nähe des Rohrendes, eine verstärkte Abscheidung stattfindet, wird der Hohlkörper zonenweise erhitzt. Damit erfolgt eine Abscheidung nur innerhalb der erhitzten Zone. Bei Hohlkörpern aus elektrisch leitenden Materialien kann die zonenweise Erhitzung mittels einer Induktionsspule erfolgen, bei Hohlkörpern aus nicht leitenden Materialien beispielsweise mittels eines Ringbrenners oder eines Ringgebläses.
  • Im folgenden werden Ausführungsbeisiele der Erfindung anhand der Figur erläutert.
  • In der Figur ist dargestellt, wie ein Metallrohr 1 gemäß der Erfindung mit Tantal beschichtet werden kann. Tantal wird gemäß der folgenden Reaktion niedergeschlagen: Die Reaktizistemperatur muB dabei über 60O0C liegen. Da Tantalchlorid (TaCl5) an Luft nicht beständig ist, wird es zuvor im Vakuum von ca. 10 ' Torr in Ampullen gefüllt, die anschließend zugeschmolzen werden. Die Ahfüllmenge beträgt pro Ampulle ca. 1 bis 3 Gramm.
  • In der Figur wird nun das zu beschichtende Rohr mit zwei Flanschen 31 32 vakuumdicht verbunden und evakuiert. Die Vakuumpumpe ist nicht dargestellt, die Pumprichtung ist durch Pfeile 10, 11 angedeutet. über den Flansch 31 kann Wasserstoff in das Rohr 1 eingefüllt werden. Innerhalb dieses Flansches befindet sich eine Ampulle 33 mit antalchlorldO Diese Ampulle kann, z.B. mittels eines Magneten 34, zerstört werden, so daß Tantalchlorid vom Wasserstoffstrom in das Rohr 1 befördert wird, d.h. der lYasserstoffstrom stellt oinen Trägergasstrom dar.
  • Vor Zerstörung der Ampulle wird das Rohr 1 auf ca. 10-5 Torr evakuiert. Dann wird das Rohr mit Wasserstoff geflutet, bis sich ein Druck von ca. 400 Torr einstellt, im Flansch 31 ist der Wasserstoffdruck höher, z.B. 780 Torr. Durch den geringen Unterdruck im Rohr 1, bzw. im Flansch 32, erreicht man einen hinreichend gleichmäßigen Wasserstoffstrom durch das Rohr 1.
  • Jetzt wird die Ampulle zerstört, damit wird Tantalohlorid durch das Rohr 1 gesaugt. Mittels einer Heizung, æ.B. ein Heizband, kann das Tantalchlorid vorgeheizt werden. Mittels der beweglichen Induktionsspule 5, die an eine entsprechende Wechselspannungsquelle unschließbar ist, kann das Rohr 1 zonenweise auf ca. 6000C bis 80000 erhitzt werden. Damit schlägt sich nun auf den Rohrinnenwänden Tantal im Bereiche der erhitzten Zone nieder. Wird das Tantalchlorid mittels der Heizung 36 auf ca. 12000 erhitzt, so scheidet sich bei einer Strömung des Wasserstoffstromes von ca. 1 l/min bei einem Rohrdurchmesser von ca. 1,5 mm in ca. 3 Minuten eine Tantalschicht mit einer Dicke von ca. 100 nm ab.
  • In der Figur ist das zu beschichtende Rohr 1 in einem elektrisch nicht leitenden B5antelrohr 4, das z.B. aus Quarzglas besteht, angeordnet. Durch dieses Mantelrohr kann über zwei Öffnungen ein Schutzgas, z.B. Argon oder Stickstoff, geleitet werden, dadurch wird ein Oxidieren der Außenflächen des Rohres 1 auf Grund der hohen Abscheidetemperaturen verhindert. Der Schutzgasstrom ist durch die Pfei.le 41, 42 angedeutet.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es vorteilhafterweise auch die Beschichtung der Rohrinnenwande bei sehr engen Rohren, z.B. ist auch die Innenbeschichtung von Kapillaren mit einem Innendurchmesser von-0,1 mm leicht möglich.
  • Vorteilhafterweise wird mit dem Verfahren der Erfindung eine sehr gut haftende, dichte Tantalschicht sehr gleichmäßiger Dicke erreicht.
  • Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung können vorteilhafterweise auch andere Beschichtungen hergestelLt werden, z.B. Nickel-, Kupfer-, Uitan-, tIolybdan- und Wolframschichten, aber auch Karbid-, Nitrid- und Oxidschichten. Diese Oberflächen werden durch Zersetzung von Metall-Aetylacetonaten, Carbonylen und Halogeniden hergestellt. Auch in diesen Fällen wird durch das zonenweise Erhitzen des zu beschichtenden Hohlkörpers eine Beschichtung sehr gleichmäßiger Dicke erreicht.
  • Beispielsweise können die folgenden Reaktionen ausgenutzt werden.
  • Der jeweils auf der linken Seite der Reaktionsgleichungen zuerst genannte Stoff befindet sich dabei in der Ampulle 33. Der senkrechte Pfeil # hinter einem Element bzw. einer Verbindung bedeutet, daß dieser Stoff auf dem Hohlkörper abgeschieden wird.
  • 2 ist jeweils die Abscheidetemperatur, auf die der Hohlkörper zonenweise erhitzt wird.
  • Co(C5H7O2)2 + Wasserstoff Co # + Aceton + Kohlenwasserstoffe T = 350°C Cr(05X702)2 + Wasserstoff Cr-Karbid # + Aceton + Eohlenwasserstoffe T = 60000 Al(C5H702)2 1- Wasserstoff Al-Oxid # + Acoton + Kohlenwasserstoffe T = 4000C statt Wasserstoff kann hier auch ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff verwandt werden.
  • 2 + Wasserstoff + Methan T = 9000C TiC # + HCL ES ist ersichtlich, daß es nur auf die Re@@tivbewegung des zu beschichtenden HohLkörpers gegenüber der Indukti.onsspuSe 5 bzw. gegenüber dem Ringbrenner oder dem Ringgebläse ankommt.
  • In der Figur ist duch Pfeile symbolisiert, daß die Induktionsspule 5 bewegt wird. Ebenso ist es möglich, das Rohr 1 mit den Planschen 31, 32 gegenüber der Induktionsspule zu bewegen.
  • 4 Patentansprüche 1 Figur

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Beschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein CVD-Verfahren (chemical vapor deposition) angewandt wird, daß die Hohlkörper zonenweise auf eine Abscheidetemperatur erhitzt werden, so daß nur auf den jeweils erhitzten Zonen die Beschichtung erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Metall-Acetylacetonate, Metall-Carbonyle oder Metall-Ilalogenide in einem Trägergasstrom zersetzt werden
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß Innenflächen von Rohren (1) mit Tantal beschichtet werden9 wobei nach Evicuierung dieses Rohres ein Wasserstoffstrom durch das Rohr gesaugt wird, daß diesem Wasserstoffstrom aus einer zerstörbaren Ampulle (33) Tantalchlorid (TaCl5) beigemengt wird, und daß dieses Rohr zonenweise mittels einer Heizung (5) auf eine Abscheidetemperatur T>60000 erhitzt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß jeweils Rohrabschnitte von einer Länge zwischen 1 cm -5 cm auf die Abscheidetemperatur erhit-st werden.
DE19742445564 1974-09-24 1974-09-24 Verfahren zur beschichtung von innenflaechen von hohlkoerpern, insbesondere von rohren Withdrawn DE2445564A1 (de)

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