Многофункциональные покрытия на основе алмазоподобного углерода

Аннотация предложения
Разработана технология получения тонких пленок и покрытий алмазоподобного углерода комбинированным методом физического и химического осаждения в вакууме. Метод дает возможность наносить все типы алмазоподобных материалов от аморфного углерода a-C с преобладанием sp2 связанных атомов до тетраэдрического аморфного углерода ta-C. При этом скорость осаждения покрытий увеличивается в несколько раз, снижаются внутренние напряжения, улучшается равномерность покрытий по толщине на сложнопрофильных изделиях. Для увеличения адгезии покрытия к основе используются слои хрома, нитрида хрома и кремния, получаемые в едином вакуумном цикле. Возможность получать алмазоподобные углеродные покрытия с заданными свойствами расширяет область их применения в различных отраслях техники.

Описание предложения
Тонкие пленки и покрытия алмазоподобного углерода представляют собой слои аморфного углерода с преобладанием sp3 гибридизированных связей между атомами углерода, определяющих структуру ближнего порядка материала по типу кристаллической решетки алмаза, что придает ему высокую прочность и твердость. Наличие в sp3 матрице линейных и циклических фрагментов с sp2 гибридизацией повышают ударную вязкость и улучшают трибологические и светопоглощающие характеристики материала.[br][/br][br][/br]Для получения покрытий алмазоподобного углерода с требуемыми характеристиками разработан метод комбинированного физического и химического осаждения в вакууме. Его сущность состоит в использовании высокоэнергетической плазмы импульсного катодно-дугового разряда для деструкции молекул углеводородов и осаждения углеродсодержащих радикалов на основу. При использовании графитового катода появляются два источника углеродных высокоэнергетических частиц, приводящих к многократному увеличению скорости осаждения покрытий. Определенным образом выбранные параметры горения дуги, тип и давление паров углеводородов определяют условия формирования покрытий от аморфного углерода a-C с преобладанием sp2 связанных атомов и гидрогенизированного алмазоподобного углерода DLC:H, характеризующегося наличием sp3 связанных атомов углерода и высоким содержанием водорода, до тетраэдрического аморфного углерода ta-C, практически полностью имеющего структуру ближнего порядка алмазного типа и характеризующегося близкой к нему прочностью и твердостью.[br][/br]По сравнению с вакуумным катодно-дуговым методом, комбинированный метод, помимо увеличения скорости осаждения, в несколько раз снижает внутренние сжимающие напряжения в покрытии и увеличивает равномерность его толщины на поверхностях сложной геометрической формы. Для улучшения адгезии покрытия к основе используются слои хрома, нитрида хрома и кремния, получаемые в едином вакуумном цикле.[br][/br][br][/br]Разработано специальное оборудование для управления работой четырех катодно-дуговых источников углеродной плазмы, установленных в одной вакуумной камере, спроектированы протяженные бессоленоидные ионные источники низкого давления для предварительной обработки поверхности основы, оптимизировано их расположение в вакуумной камере.[br][/br][br][/br]Разработаны технологии нанесения алмазоподобного углерода в качестве износостойкого покрытия на твердосплавном инструменте для обработки печатных плат, твердых лубрикантов плунжерных пар НВД дизельных двигателей, антиадгезионных пленок на формах для литья изделий из пластмасс, поглощающих радиационностойких покрытий корпусных деталей оптических устройств космических летательных аппаратов, абразивных материалов для прецизионной обработки магнитных и оптических дисков накопителей информации, биосовместимых и антибактериальных покрытий имплантатов, защитно-декоративных покрытий для корпусов часов и ряда других применений.

---

Тип технологии
 Процесс
 Конструкция
 Материал

---

Технические и экономические преимущества
Возможности комбинированного метода позволяют получать покрытия с широким диапазоном физических и механических свойств:[br][/br]* плотность 2,6..3,0 г/см3; [br][/br]* электрическое удельное сопротивление 1061014 Ом.см;[br][/br]* показатель преломления 2,2..2,6; [br][/br]* коэффициент поглощения видимого света 10 - 5104 см-1;[br][/br]* прозрачность в инфракрасной области спектра; [br][/br]* модуль Юнга 150..950 ГПа;[br][/br]* твердость 30..80 ГПа;[br][/br]* коэффициент бессмазочного трения по стали 0,07..0,1;[br][/br]* термостойкость на воздухе 350 С.[br][/br][br][/br]Для получения покрытий алмазоподобного углерода используются установки вакуумного напыления УВНИПА-1-002, оснащенные в комбинации 4/0 или 2/2 катодно-дуговыми источниками углеродной плазмы / источниками плазмы тугоплавких металлов, а также четырьмя протяженными ионными источниками с анодным слоем. [br][/br][br][/br]Разработанные технологии позволяют наносить алмазоподобные углеродные покрытия на детали с размерами от 1 мм до 350 мм. Длительность процесса нанесения покрытия составляет 2-5 часов в зависимости от требуемой толщины покрытия, количества загруженных деталей и их габаритов. Толщина АПУ покрытий может составлять 0,1..5 мкм. Средняя загрузка в одном технологическом процессе составляет от 3 шт. для крупногабаритных деталей до 2500 шт. для твердосплавных сверл или фрез с диаметром 0,5 мм.[br][/br][br][/br]Стоимость одного процесса нанесения АПУ покрытий находится в пределах 100–500 USD в зависимости от количества загружаемых в вакуумную камеру изделий, их габаритных размеров и требований к свойствам формируемого тонкопленочного материала.

Где была представлена технология
Физико-технический институт НАН Беларуси, оказание услуг по нанесению покрытий для ОАО "Минский моторный завод", ОАО "Термопласт", ОАО "Минский часовой завод", филиала НТЦ "Белмикросистемы" ОАО "ИНТЕГРАЛ", филиала "Спецтрансавто" ОАО "Минскремстрой", ООО "Митра" и др. [br][/br]Выполнены контракты на поставку оборудования в США (компания 3М), Южную Корею (Институт промышленных технологий KITECH), Германию (Технический университет Деггендорфа), Тайвань (компания "Resound").

Ключевые слова
Алмазоподобные углеродные покрытия, износостойкие покрытия, PVD-CVD метод.

---

Текущая стадия развития
 НИОК(Т)Р
 Находится в эксплуатации/производстве

---

Статус прав интеллектуальной собственности
 Патент получен

---

Точные сведения о патентованных правах (№ патента, страна, состояние патента)
* патент РФ № 1577675, 1990 г. "Импульсный генератор электроэрозионной плазмы";[br][/br]* патент РФ № 2026412, 1991 г. "Защитное износостойкое покрытие рабочей поверхности измерительных инструментов";[br][/br]* патент РБ на полезную модель № 984, 2003 г. "Шайба часового механизма с износостойким покрытием на основе алмазоподобного углерода";[br][/br]* патент РБ на изобретение № 9794, 2007 г. "Форма для литья изделий из пластмасс и способ ее изготовления";[br][/br]* патент РБ на полезную модель № 5669, 2009 г. "Импульсный вакуумно-дуговой технологический источник плазмы";[br][/br]* патент РБ на полезную модель № 6312, 2010 г. "Импульсный генератор электроэрозионной плазмы для нанесения алмазоподобных покрытий";[br][/br]* патент РБ на изобретение № 17461, 2013 г. "Светопоглощающее углеродосодержащее покрытие корпусной детали приемника оптического излучения и способ его получения".

---

Область применения технологии
Инструментальная промышленность, машиностроение, оптическое приборостроение, медицинская техника.

---

Классификатор Европейской сети трансфера технологий EEN
 Материалы
 Нано- и микротехнологии

---

Классификатор Сети американского коммерческого центра трансфера технологий yet2.com
 Материалы

---

Предпочитаемые регионы
 Северная Америка
 Европа
 Азия

---

Практический опыт
Разработчики предлагаемой технологии получения АПУ покрытий обладают большим опытом работы в области модификации поверхности и создания новых тонкопленочных материалов различного функционального назначения, исследования тонких пленок и покрытий, разработки и внедрения промышленных технологий. Разработанная технология успешно используется для нанесения покрытий на технические изделия на протяжении последних 4 лет.

---

Предлагаемые формы сотрудничества
 Договор НИОК(Т)Р
 Совместное предприятие
 Продажа

---

Поддержка, предоставляемая при передаче технологии
 Техническая документация
 Услуги персонала

---

Ссылка на этот профиль: http://ictt.by/ShowRequests/ShowTitlesOffCat.aspx?loc=1&ru=1&id=1873