化学气相沉积涂层、制品和方法技术

本发明专利技术涉及一种化学气相沉积涂层、化学气相沉积制品和化学气相沉积方法。所述涂层、制品和方法包括二甲基硅烷的热分解，以实现期望的表面性质。

【技术实现步骤摘要】
本申请是2010年10月26日提交的名称为“化学气相沉积涂层、制品和方法”的201080049826.7专利技术专利申请的分案申请。优先权本申请要求2009年10月27日提交并且题为“DIMETHYLSILANECHEMICALVAPORDEPOSITIONCOATINGANDCOATINGPROCESS(二甲基硅烷化学气相沉积涂层和涂布方法)”的美国临时专利申请号61/255,237和2009年12月7日提交并且题为“OXIDIZEDVAPORDEPOSITIONCOATINGANDCOATINGPROCESS(氧化气相沉积涂层和涂布方法)”的美国临时专利申请号61/267,228的优先权和权益，这两个临时申请通过全文引用结合到本文中。专利
本公开涉及化学气相沉积。更具体地，本公开涉及由于二甲基硅烷的分解而在基材上化学气相沉积。专利技术背景通常，基材的表面不包括期望的性能特征。不能包括特定的期望的性能特征可导致在某些环境中表面劣化、不能满足某些性能要求或它们的组合。例如，在某些环境中，金属、玻璃和陶瓷表面可经受不期望的表面活性，例如化学吸附、催化活性、腐蚀性侵袭、氧化、副产物聚集或静摩擦和/或其他不期望的表面活性。不期望的表面活性可引起其他分子的化学吸附、其他分子的可逆和不可逆的物理吸附、与其他分子的催化反应性、来自外来物类(specy)的侵袭、表面的分子分解或它们的组合。可施用涂层以保护表面免受不期望的表面活性。在表面上沉积涂层的一种已知的方法为化学气相沉积。化学气相沉积在受控的气氛和温度条件下由蒸气使固体材料沉积预定的时间以形成涂层。化学气相沉积可包括初级处理，接着官能化(表面反应)，以加入预定的分子。为了提供某些期望的性能特征，可沉积非晶氢化硅表面，并且可与不饱和烃试剂反应，以使基材的表面改性。然而，基于非晶硅的化学气相沉积材料对被苛性高pH介质溶解敏感，由此限制它们的应用。这些材料不耐磨或足够硬以有效用于具有冲击或滑动磨损的环境。此外，使用不饱和烃对硅材料的官能化通常需要使用金属催化剂。这些方法遭受从经处理的系统完全除去该催化剂通常困难并且催化剂的存在可再次引入不期望的表面活性的缺点。包括硅、碳和氢的分子以前认为不期望用作化学气相沉积前体或在另外的沉积能量(例如等离子体和微波场)存在下与其他化学气相沉积前体结合施用。因此，通过热化学气相沉积技术，以前未认识到与这些分子相关的性质。需要的是不遭受现有技术缺点的涂层、制品和方法。专利技术概述一个示例性实施方案包括热化学气相沉积涂层。所述热化学气相沉积涂层包括二甲基硅烷的热分解。另一个示例性实施方案包括热化学气相沉积方法。所述方法包括在化学气相沉积室中制备基材和在化学气相沉积室中热分解二甲基硅烷以形成涂层。另一个示例性实施方案包括化学气相沉积制品(article)。所述制品包括表面和通过在化学气相沉积室中二甲基硅烷的热分解而在制品的表面上形成的层。所述层包括由在该层上沉积的分子限定的第一部分和第二部分。限定第一部分和第二部分的所述分子包括含H、C和Si的分子片段。实施方案的一个优点在于可将以前不能利用的包括硅、碳和氢的分子施用于基材表面。实施方案的另一个优点在于无需另外的分解能量(例如等离子体和微波能量)即可进行热化学气相沉积，以帮助二甲基硅烷的分解。实施方案的另一个优点在于所述硅、碳和氢材料对在高pH介质中溶解不敏感。实施方案的另一个优点在于氧化的材料显示改进的耐磨性和硬度，用于具有冲击或滑动磨损的环境的改进的应用。实施方案的另一个优点在于在形成包括硅、碳和氢的涂层中可避免使用另外的金属催化剂。实施方案的另一个优点在于降低或消除残余的催化剂活性。实施方案的另一个优点在于可消除用于除去催化剂的步骤。实施方案的另一个优点为使用可改进安全性的非自燃物质。本文公开了本专利技术的实施方案的其他方面。由以下附图和详细说明，本领域技术人员将认识和理解以上讨论的特征以及本申请的其他特征和优点。附图简述图1显示根据本公开在基材上的碳硅烷涂层的一个示例性实施方案。图2显示根据本公开在基材上具有层的碳硅烷涂层的一个示例性实施方案的俄歇电子能谱图。图3显示根据本公开在基材上的官能化的碳硅烷涂层的一个示例性实施方案。图4显示根据本公开的一个示例性实施方案的化学气相沉积方法。图5显示在根据本公开的化学气相沉积方法中的一种示例性处理方法。图6显示在根据本公开的化学气相沉积方法中的一种示例性热分解。图7显示在根据本公开的化学气相沉积方法中的一种示例性官能化步骤。图8显示在根据本公开的一个实施方案的化学气相沉积方法中的一种示例性氧化过程。图9显示在根据本公开的一个实施方案的化学气相沉积方法中的一种示例性水氧化过程。图10显示二甲基硅烷沉积的官能化的表面和二甲基硅烷沉积的官能化的和水氧化的表面的FT-IR图。图11显示根据本公开在基材上具有水氧化的层的涂层的一个示例性实施方案的俄歇电子能谱图。在可能的任何地方，在整个附图中相同的附图标记用于表示相同的部件。专利技术详述本专利技术提供了不遭受现有技术的缺点的化学气相沉积涂层、化学气相沉积制品和化学气相沉积的方法。例如，所述涂层、制品和方法的实施方案可利用包括硅、碳和氢的分子。在一个实施方案中，可无需另外的金属催化剂、缺乏另外的残余的催化剂活性和它们的组合来采用所述方法。在一个实施方案中，所述方法提高硬度，而没有实质降低惰性、化学耐腐蚀性和/或其他期望的性质。根据本公开形成的示例性涂层可改变官能度、惰性、适应性、疏水性、抗腐蚀性和/或抗静摩擦性能、硬度、耐磨性或它们的组合。参考图1，根据一个示例性实施方案的基材100可包括具有改进的表面性质的表面105，所述改进的表面性质通过受控沉积层102而实现，所述层102将期望的表面作用赋予基材100、涂层101、制品103或它们的组合。涂层101通过化学气相沉积(例如，二甲基硅烷的分解以形成碳硅烷)，接着氧化(例如，空气-氧化以形成羧基硅烷)和/或官能化(例如，在氢化硅烷和不饱和烃之间，以形成官能化的羧基硅烷)而形成。通过使层102和/或涂层101扩散进入基材100的表面105，赋予期望的表面作用可改进表面105的性能。可将层102施用于任何合适的基材。例如，基材100可为金属基材(含铁或非含铁)、玻璃基材或陶瓷基材。在一个示例性实施方案中，层102通过二甲基硅烷的热分解而形成。通过热分解二甲基硅烷，层102包括包含硅、碳和氢原子的可为活性部位的分子。在层102内的这些分子可包括第一部分104和第二部分106。通常，第一部分104和第二部分106不是空间可分辨的(例如，第一部分104和第二部分106由在层102上沉积的分子限定，并且这些分子可散布整个层102)。此外，使用术语“第一”和“第二”不旨在暗示任何顺序、数量差别、尺寸差别或两部分之间的其他区别。相反，术语“第一”和“第二”用于区别两部分的分子组成。例如，在一个实施方案中，第一部分104包括硅，而第二部分106包括碳。在一个实施方案中，第一部分104和第二部分106在整个层102中任意结合在一起。图2举例说明根据一个示例性实施方案层102和/或涂层101扩散进入基材100。向预先选择的表面施用二甲基硅烷导致改进的耐化学性、改进的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热化学气相沉积方法，包括：在反应室内分解二甲基硅烷从而将二甲基硅烷的分子片段沉积在反应室内的所有暴露的表面上；其中所述分解在在1.0p.s.i.a.至100p.s.i.a.的压力下和在300℃至600℃的温度下持续30分钟至24小时的时间。

【技术特征摘要】
2009.10.27 US 61/255,237;2009.12.07 US 61/267,2281.一种热化学气相沉积方法，包括：在反应室内分解二甲基硅烷从而将二甲基硅烷的分子片段沉积在反应室内的所有暴露的表面上；其中所述分解在在1.0p.s.i.a.至100p.s.i.a.的压力下和在300℃至600℃的温度下持续30分钟至24小时的时间。2.权利要求1的热化学气相沉积方法，其中所述暴露的表面为含铁金属表面。3.权利要求1的热化学气相沉积方法，其中所述暴露的表面为非含铁金...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·史密斯，J·B·马特泽拉，P·H·西尔维斯，G·A·贝伦，
申请(专利权)人：西尔科特克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US