12 Електрохимични методи за пасивиране на повърхността на материалите
Този процес се използва за създаване на защитни филми върху повърхността на частите.
Най-голям интерес представлява електрохимичното окисляване на метали и полупроводници. Оксидните филми върху алуминий, магнезий, титан, тантал, ниобий и техните сплави могат да служат като антикорозионна защита на продукти, като диелектрици, за декоративно покритие и за повишаване на устойчивостта на износване. Върху полупроводниковите материали оксидните филми служат като изолационна маска за дифузионни процеси, диелектрик в кондензатори и MIS структури.
За получаване на оксидни филми от различни материали съществуват редица методи - термично окисление, разпрашване, електрохимично окисляване (анодиране) и др. Помислете за анодизиране на някои материали.
Анодно оксидиране - метод за получаване на тънки слоеве от оксиди на преходни метали
Електрохимично (анодно) окисление е процес на получаване на оксидни филми върху повърхността на метали и полупроводници по време на анодна поляризация в кислородсъдържащи среди с йонна проводимост: в електролитни разтвори и стопилки, в газоразрядна плазма в кислород, както и в контакт с твърди електролити. В сравнение с други методи за получаване на естествени оксиди на повърхността на металите (термично, химично окисление), електрохимичното (ЕС) окисление има редица предимства. По-специално, анодното окисление е един от най-удобните методи (и в някои случаи, очевидно, единственият възможен начин) за получаване на тънки оксидни филми при неравновесни условия с образуването на метастабилни структурни и химични фази.
Механизмът на анодното окисление е свързан с преноса на метал и кислород през нарастващия оксиден слой под действието на електрическо поле, което възниква във филма при нанасяне нанапрежения и реакции на образуване на газ по вътрешните и външните граници на оксида. Теорията за микроскопичния механизъм на йонен трансфер при анодно окисление е доста сложна и е на ниво моделни концепции. Най-разработени са моделите на движението на йонни дефекти и механизми като "размяна на места" и превключване на връзки. Описанието на процеса на окисление се усложнява от наличието на граници метал-оксид и оксид-електролит, сложната хетерогенна структура на оксида и възможността за странични реакции: отделяне на кислород и разтваряне на оксиден филм. Независимо от това, кинетичните закономерности на образуването на филми от аноден оксид и техните свойства за много метали и полупроводници са добре проучени и разгледани в редица обзорни статии.
Методологията и теорията на процеса на електрохимично окисление са разработени най-подробно за така наречените вентилни метали: на първо място това са Al, Ta, Nb, както и Ti, Zr, Hf, W, Bi, Sb. Върху тези метали е възможно да се получат достатъчно дебели (до 5000 Å), плътни, хомогенни оксидни филми с добри антикорозионни свойства и високо електрическо съпротивление.
Трябва да се отбележи, че от практическа гледна точка основната цел на изследването на анодното окисление винаги е била да се определят условията за получаване на AOF с висококачествени диелектрични свойства, тъй като Основната област на приложение на тези филми (по-специално Ta2O5, Nb2O5, Al2O3) е производството на оксидно-полупроводникови и оксидно-електролитни кондензатори. За оксидите, които са добри електронни проводници, проблемът за получаването им чрез анодно окисляване се усложнява от факта, че достатъчна напрегнатост на полето се постига само в слоеве с дебелина няколко нанометра. По-нататъшният растеж на оксидния филм спира върху анодазапочва отделянето на кислород или разтварянето на метала. Спомнете си, че най-важната характеристика на взаимодействието на металите от преходната група с кислорода е променливата валентност, свързана със съществуването на незапълнена d обвивка. В резултат на това по време на анодното окисляване на тези метали е възможно образуването на оксидни слоеве с различен състав. По правило AOP се състои главно от оксид с по-висока валентност (например Ta2O5, Nb2O5, TiO2), а на границата с метала има слоеве от оксиди с по-ниска валентност. Съставът и дебелината на такива слоеве се определят от условията на окисление, което прави възможно в някои случаи да се модифицира методът на анодно окисление, за да се образуват достатъчно дебели слоеве от оксиди на по-ниски преходни метали. Типична схема на анодно окисляване е показана наФиг.
Фиг.Схема на анодно оксидиране. 1. Захранване. 2. Амперметър 3. Волтметър. 4. Двукоординатно записващо устройство (компютър). 5. Електрохимична клетка. 6. Анод (оксидиран метал). 7. Катод (никел, неръждаема стомана). 8. Противоположен електрод (Pt тел в стъклена капилярка).