[发明专利]制备难溶薄涂层的方法

说明书

本发明涉及一种在任意形态的底材上制备不易水溶的薄涂层的方法，特别是制备陶瓷涂层和氧化物涂层，但也包括金属涂层以及硫属化物(chalkogenidische)涂层。

根据德国陶瓷协会的定义(参看B.Their编著的《TechnischeKeramik))，Vulkan出版社，Essen，1988，第2-25页)，陶瓷材料是无机的、非金属的、水中难溶的并至少有30％结晶的材料。但也可扩大延伸至玻璃、玻璃陶瓷和无机粘结剂。陶瓷材料可以划分为两大类：“功能陶瓷(Functionskeramik)”和“结构陶瓷(Struktur-keramik)”。结构陶瓷是指以主族元素(Hauptgruppenelement)的氧化物、硅酸盐以及碳化物、氮化物、硼化物和硅化物(MoSi₂)为基础的材料。

按照系统的观点来看，“氧化物陶瓷”可以理解为所有的基本上(＞90％)由单相、单组份金属氧化物组成的陶瓷材料。与此相反，“非氧化物陶瓷”是指所有的由硼、碳、氮、硅以及某些条件下还有氧等体系形成的陶瓷材料。氧化物陶瓷材料是由纯的氧化物或氧的化合物形成的多晶材料，它具有较高的纯度，一般没有玻璃相(Glasphase)。除了氧化钙和高熔点的金属氧化物如氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钛和氧化铍外，还有磁性陶瓷材料、高介电常数材料以及压力陶瓷等。但一般只限于高熔点氧化物。而二氧化硅不视为氧化物陶瓷。在考虑到还有其它的合适的氧化物，但其又不属于陶瓷材料，所以，本发明不仅涉及陶瓷涂层的制备，也涉及氧化物涂层的制备。对于氧化物陶瓷材料，还可以进一步分为简单的氧化物和复杂的(komplex)氧化物。例如，粗结构的铬铁矿(Chromit)和细结构的钙铁矿(Perowskit)、铁酸盐(Ferrit)和石榴石。

目前，可以通过溅射或蒸发、借助于溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术、化学浴液沉积(Badabscheidung)或气相沉积(金属有机化合物气相沉积，MOCVD)，在表面上制备难溶涂层。从G.K.Bhaumik等人发表于Elsevier Materials Science and Engineering B52(1998)第25-31页中“喷雾CVD(spray-CVD)法沉积的氧化锌薄膜的激光退火”的一文中可知，通过喷雾CVD法可在石英底材和硅底材上涂覆多晶的ZnO膜；并可通过激光照射加热，改善所得膜的晶体结构。从S.A.Studenikin等人发表于J.Of Appl.Phys.第83卷第4期(1998.02.15)第2104-11页中“由硝酸锌溶液喷雾热解法制得的未掺杂的ZnO膜的光学性质和电学性质”一文中可知，用硝酸锌的水溶液喷雾热解可以制备未掺杂的ZnO膜。这些论文的难点在于弄清热解温度和ZnO膜的结构特点、电学特性和光学特性之间的关系。加热试验底材，可以得到不同的温度，如在氮气中加热至400℃。

在溅射法中(对于ZnO，请参看K.Yamaya等人发表于Appl.Phys.Lett.第72(2)卷(1998.01.12)第235-37页中“使用helicon波激发的等离子体溅射制备掺杂铝的ZnO薄膜”)，金属阴极的原子会被气体放电的撞击离子分离出来(“阴极雾化”)。这种雾化的金属沉淀到表面上，形成均匀的涂层。在微波场的存在下，利用含氧的等离子体，经分子束取向附生(Molekularstrahlepitaxie)，可以得到按c-面蓝宝石结晶的ZnO薄层(参看Y.Chen等人发表于J.Of Appl.Phys.第84(7)卷(1998.10.01)第3912-18页中“在等离子体辅助下ZnO于c-面蓝宝石上的分子束取向附生：生长与表征”一文)。在较低的工艺温度下，也可以直接从水溶液中进行电解沉积，制得高质量的ZnO膜(参看S.Peulon等人在13th Europ.Photovoltaic Solar Energy Conference(1995.10.23-27，法国尼斯)上所发表的“从水溶液中电解沉积制备ZnO膜”一文)。在溶胶-凝胶技术中(参看Y.Ohya等人发表于J.Am.Ceram.Soc.第79(4)卷第825-30页(1996)中的“溶胶法所制得的TiO₂膜和ZnO膜的微结构”一文)，作为溶胶的胶体溶液与水反应，并抽去溶剂，剩下固体的被吸附过的溶剂残渣，从而形成凝胶，该凝胶沉积于表面，并可进行烘干。