УДК 681.7.069.32
АВДЕЕВ С.П., МИЛЕШКО Л.П.
МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО СТЕКЛОВАНИЯ
ЗОЛЬ-ГЕЛЬНЫХ ПЛЕНОК ЛЕГИРОВАННОГО ДИОКСИДА
КРЕМНИЯ
Таганрогский государственный радиотехнический университет, 347928, Таганрог, ГСП-17а,
пер.Некрасовский,44, тел.: (86344) 61767, e-mail: fep@tsure.ru
Типовой процесс получения стекловидных покрытий золь-гель методом
включает следующие этапы: приготовление плёнкообразующего раствора на основе
тетраэтоксисилана и его созревание; нанесение пленки путем центрифугирования
или окунания; сушка в термошкафу при температуре 120 0С в течении 20 минут;
отжиг в вакууме при температуре 500-600 0С в течении 20-30 минут и последующая
обработка плёнки электронным лучом в режиме тока луча 80-100 мА, ускоряющего
напряжения 2,5-3 кВ и скорости обработки 2-5 см/с.
На стадии низкотемпературной термообработки происходит частичное
удаление остатков раствора и физически адсорбированной воды. Во время отжига в
вакууме удаляется физически и химически адсорбированная вода. В результате
термоактивации происходит ускорение образования стеклообразного покрытия за
счет увеличения скорости полимеризации силоксановых связей.
При электронно-лучевой обработке за счет высокотемпературного разогрева и
электронной стимуляции процесса происходит окончательное формирование
стекловидного покрытия. Обычно не учитывается образования силикатов металлов
в реакциях образования золь-гельных плёнок.
Нами проведен термодинамический анализ реакций взаимодействия диоксида
кремния с оксидами легирующих элементов. Из таблице, в которой приведены
теплоты образования силикатов H0 и значения свободной энергии Гиббса G0
298
298
соответствующих реакций видно, что все реакции экзотермические, а это может
способствовать снижению температуры стеклования за счет локального разогрева
выделяющейся при реакции теплоты.

Реакции расположены в порядке убывания изменения энергии Гиббса так, что
протекание вышестоящих реакций более вероятно. При этом тепловой эффект
реакций снижается в ряду силикатов:
Ba2SiO4 (1), Sr2SiO4 (2), Ba2SiO3 (3), SrSiO3 (4), Mn2SiO4 (7), Ca2SiO4 (5),
Ca2SiO3 (6), Fe2SiO4 (15), Co2SiO4 (10), Ni2SiO4 (13), Mg2SiO4 (20), Cd2SiO4 (8),
MgSiO3 (9), MnSiO3 (12), FeSiO3 (18), NiSiO3 (17), CdSiO3 (14), Al2SiO5 (19), PbSiO3
(16), Pb2SiO4 (11).
В скобках указан номер реакции.
Тепловой эффект H0 и изменения энергии Гиббса G0 реакций образования
298
298
силикатов.

Уравнение реакции
- H 0 , кДж/моль
- G0 , кДж/моль
298
298
1
2BaO+SiO2 = Ba2SiO4
246,0
279,2
2
2SrO+SiO2 = Sr2SiO4
237,4
223,2
3
BaO+SiO2 = BaSiO3
157,7
149,3
4
SrO+SiO2 = SrSiO3
135,4
131,5
5
2CaO+SiO2 = Ca2SiO4
130,0
121,6
6
CaO+SiO2 = CaSiO3
72,2
89,2
7
2MnO+SiO2 = Mn2SiO4
134,4
67,5
8
2CdO+SiO2 = Cd2SiO4
41,2
49,2
9
MgO+SiO2 = MgSiO3
39,3
39,0
0
2CoO+SiO2 = Co2SiO4
51,2
36,3
1
2PbO+SiO2 = Pb2SiO4
1,1
30,9
2
MnO+SiO2 = MnSiO3
31,1
29,9
3
2NiO+SiO2 = Ni2SiO4
44,6
24,9
4
CdO+SiO2 = CdSiO3
23,2
22,3
5
2FeO+SiO2 = Fe2SiO4
51,4
21,5
6
PbO+SiO2 = PbSiO3
1,3
13,7
7
NiO+SiO2 = NiSiO3
24,6
10,5
8
FeO+SiO2 = FeSiO3
28,4
9,0
9
Al2O3+SiO2 = Al2SiO5
2,2
3,8
0
2MgO+SiO2 = Mg2SiO4
44,4
1,5
Наибольший интерес с практической точки зрения получения прострельных
пленок высокого качества для микроканальных пластин имеют реакции (9,19,20).
Таким образом, показано, что в результате твердофазных химических реакций
между оксидами, входящих в состав золь-гельных смесей, протекающих на
различных этапах термического, фотонного и электронно-лучевого нагрева
возможно образование мета- и ортосиликатов.

При этом, механизм стеклования золь-гельных покрытий включает процессы
термоактивации, электронного резистивного нагрева, электронной стимуляции и
локального саморазогрева теплотой выделяющейся при образовании силикатов
металлов.