DE2842134C2

DE2842134C2 -

Info

Publication number: DE2842134C2
Application number: DE19782842134
Authority: DE
Inventors: Peter Beverley Saratoga Calif. Us Phipps; Bhim Sain San Jose Calif. Us Sharma; Anthony Wai Fishkill N.Y. Us Wu
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-10-18
Filing date: 1978-09-28
Publication date: 1988-12-08
Also published as: NL7809119A; JPS5458736A; GB1582818A; SE7809866L; IT1159133B; FR2435536A1; IT7828128A0; CA1084784A; FR2435536B1; BR7806882A; US4120995A; DE2842134A1; JPS5436171B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus einem fluorierten Material auf eine metallische oder oxidische Oberfläche, wobei die Oberfläche mit einer fluorierten Verbindung der allgemeinen Formel

Rf-O-(CH₂)_n-SiX₃,

in der Rf eine fluorierte niedere Alkylgruppe ist, in Kontakt ge bracht wird.

Es ist bekannt, auf einer metallischen oder oxidischen Oberfläche gut haftende Schichten aus einem Silicium enthaltenden Material zu erzeugen. Solche Verfahren sind beispielsweise in den US-Paten ten 34 45 265 und 39 35 349 beschrieben. Die Herstellung mechanisch widerstandfähiger, gut haftender Schichten aus einem fluorierten Silicium enthaltenden Material auf Substraten, wie z. B. einer Magnetplatte ist jedoch ein großes Problem. Dabei wären für diese Zwecke Schichten aus fluorierten Materialien nützlich. Diese Nützlichkeit beruht auf ihrer chemischen Reaktionsträgheit und auf ihrer niederen Oberflächenenergie. Zwar sind aus der US-Patent schrift 34 22 131 Verbindungen mit der oben angegebenen Formel und ihre Anwendung zur Herstellung von wasser- und ölabstoßenden Schichten auf faserartigen Materialien, z. B. aus Asbest oder Glas, bekannt. Mit dem dort angegebenen Verfahren lassen sich aber solche Schichten nicht kontrolliert aufbringen und sie weisen keine mechanische Widerstandsfähigkeit auf.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zum kontrollierten Aufbringen und sehr gut haftenden, mechanisch widerstandsfähigen Schichten aus fluorierten Material auf me tallische oder oxidische Oberflächen anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Behandlung der zu beschichtenden Oberfläche mit der alkalischen Lösung (im folgenden kurz: Alkali) dient dazu, die Hydroxidionenkonzentration auf der Oberfläche möglichst groß zu machen. Mit der anschließend inten siv getrockneten Oberfläche geht die Silanverbindung mit der im Anspruch 1 angegebenen allgemeinen Formel eine chemische Bindung ein. Bei dieser Reaktion entsteht Chlorwasserstoff, Blausäure oder ein Alkohol, je nachdem, ob X für ein Halogen, für eine Cyanidgruppe oder für eine Alkoxygruppe steht. Die dabei resultierende Kondensation führt zu der Bildung einer Polymerschicht auf der Oberfläche, wobei die nach außen ge kehrte Oberfläche der Schicht aus fluorierten Alkylgruppen besteht. Die Siliciumatome sind über Sauerstoffbrücken mehr fach an die beschichtete Oberfläche chemisch gebunden. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Schicht ist auch dann, wenn sie sehr dünn ist, mechanisch sehr wider standsfähig und zwar auch dann, wenn sie über einen langen Zeitraum beansprucht wird. Die Schicht behält ihre günstigen Eigenschaften auch dann, wenn sie einige Stunden lang in Was ser eingetaucht wird oder wenn sie mehr als 30 Stunden lang einer Atmosphäre mit einer sehr hohen relativen Luftfeuchtig keit ausgesetzt wird.

Es ist vorteilhaft, wenn der pH-Wert des zum Behandeln der zu beschichtenden Oberfläche verwendeten Alkalis auf der Basis des isoelektrischen Punkts der Oberfläche festgelegt wird, wo bei bevorzugt eine entsprechend eingestellte Ammoniumhydroxid lösung als Alkali verwendet wird. Bei der Herstellung der Schicht ist es vorteilhaft, wenn die fluorierte Verbindung mit der auf etwa 80°C erhitzten metallischen oder oxidischen Ober fläche in Kontakt gebracht wird.

Insbesondere zur Herstellung von sehr dünnen Schichten (Dicke <5 nm) ist es günstig, wenn ein die fluorierte Ver bindung enthaltendes Trägergas über die zu beschichtende Oberfläche geleitet wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zu den Metallen, welche mittels des erfindungsgemäßen Ver fahrens beschichtet werden können, gehören Aluminium, Eisen, Legierungen, wie z. B. solche aus Nickel und Eisen, Kobalt, Chrom, Silicium und Titan. Zu den Oxiden, welche mit dem er findungsgemäßen Verfahren beschichtet werden können, gehören Eisenoxid, Siliciumdioxid und Glas. Es sei aber klargestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zum Beschichten der angegebenen metallischen und oxidischen Materialien be nutzt werden kann.

Während der Behandlung mit dem Alkali ist es günstig, wenn der pH-Wert des Alkalis auf der Basis des isoelektrischen Punktes der Oberfläche festgelegt wird. Das heißt, daß die bevor zugten minimalen pH-Werte für Aluminium, Chrom und Eisen 8, für Kupfer 9,5, für Kobalt 11, für zweiwertiges Eisen 12, für dreiwertiges Eisen 8, für Silicium 3 und für Titan 6,5 sind.

Als Beispiele von bevorzugten Silanverbindungen, welche der oben angegebenen allgemeinen Formel entsprechen, seien Per fluor-isopropoxy-propyl-trichlorsilan, und Trifluor-methoxy äthyl-triisobutoxy-silan erwähnt.

Es muß besonders betont werden, daß es für die erfolgreiche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unbedingt notwen dig ist, daß die Reaktion zwischen dem Silan und der vorbe reiteten Oberfläche unter ganz strengem Ausschluß von jeder Feuchtigkeit stattfindet. Sind auch nur Spuren von Feuchtig keit auf der Oberfläche und im Trägergas vorhanden, werden dicke Schichten aus einem viskosen und klebrigen Material erzeugt. Diese Schichten sind völlig unbrauchbar. Das er wünschte Produkt wird erzeugt, wenn und nur wenn das Gas und die Oberfläche absolut trocken sind.

Das folgende Beispiel, welches der genaueren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen soll, gibt eine bevor zugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder, es sei aber klargestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch unter anderen Bedingungen als den im folgenden angege benen durchgeführt werden kann.

Ausgegangen wird von Perfluor-isopropoxy-propyl-trichlorsilan. Dieses Material ist eine Flüssigkeit, mit einem Dampfdruck von ungefähr 40 mbar bei 80°C. Der Dampfdruck bei Zimmer temperatur ist sehr niedrig. Beim Umgang mit diesem Material muß Feuchtigkeit ausgeschlossen werden. Der über dieser Flüs sigkeit bei Raumtemperatur vorhandene Dampf wird mittels eines inerten trockenen Trägergases in eine Beschichtungskammer ge leitet. Als Trägergas kann beispielsweise Stickstoff oder ein Edelgas verwendet werden.

Die Metall- oder Metalloxidoberfläche, welche beschichtet werden soll, wird dafür vorbereitet, indem sie zunächst bei Raumtemperatur mit einer Mischung aus Isopropylalkohol und Aceton, anschließend mit destilliertem Wasser, dann mit einer Ammoniumhydroxidlösung, die einen pH-Wert von 10 hat, und schließlich noch einmal mit destilliertem Wasser gewaschen wird. Alle Waschungen werden bei Raumtemperatur durchgeführt und dauern ungefähr 3 Minuten. Die Oberfläche wird dann inten siv getrocknet, indem sehr trockener Stickstoff über die auf ungefähr 80°C erhitzte Oberfläche geleitet wird.

Die so vorbereitete Oberfläche wird dann in eine Beschichtungs kammer gelegt und auf ungefähr 80°C erhitzt. Dieses Erhitzen kann bequem mittels einer Heizlampe durchgeführt werden.

Das Silangas wird 15 Minuten lang in die Kammer geleitet, wobei trockener Stickstoff als Trägergas dient. Die Tempera tur der Metall- oder Metalloxidoberfläche, welche beschich tet werden soll, wird auf 80°C gehalten. Überschüssiges Silangas wird mit trockenem Stickstoff aus der Beschichtungs kammer hinausgespült und die beschichtete Oberfläche wird dann in Luft gekühlt.

Die auf diese Weise erhaltene Beschichtung hat eine sehr niedrige Oberflächenenergie. Der Randwinkel beim Aufbringen von Wasser beträgt 105 ± 5°. Der entsprechende Winkel bei einer Schicht aus Polytetrafluoräthylen beträgt 100 ± 5°. Die Beschichtung besteht aus einem Film, welcher weniger als 5 nm dick ist. Die Beschichtung ist in Freon unlöslich. Die gute Haftung der Beschichtung läßt sich auch dadurch demonstrieren, daß sie in einem Ultrahochvakuum nicht entfernt wird. Darüber hinaus ändert sich der Randwinkel auch nicht, wenn die Beschichtung längere Zeit, wie z. B. mehrere Stunden lang, flüssigem Wasser oder 32 Stunden lang Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 80% ausgesetzt wird.

Die auf eine Magnetplatte aufgebrachte Beschichtung wurde nicht entfernt, durch die Reibung eines Ferritmagnetkopfes, welcher sich mit der beschichteten Oberfläche bei hoher Geschwindigkeit 4 Stunden lang im Kontakt befand und durch das Starten und Stoppen desselben Magnetkopfes in einem Test, welcher aufgebaut worden war, um das Lebensdauerverhalten einer Aufzeichnungsplatte zu prüfen. Die Oberfläche hat nicht eine so niedrige Oberflächenenergie, daß sie nicht mit einem Schmiermittel versehen werden kann. Sie ist jedoch extrem hydrophob und diese Eigenschaft reduziert die Tendenz des Wassers, das Schmiermittel zu verdrängen.

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen einer Schicht aus einem fluorierten Material auf eine metallische oder oxidische Oberfläche, wobei die Oberfläche mit einer fluorierten Verbindung der allgemeinen Formel RF-O-(CH₂)_n-SiX₃in welcher Rf eine fluorierte niedere Alkylgruppe ist, in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Behandeln mit der fluorierten Verbindung, in der n eine ganze Zahl zwischen 2 und 10 ist und X eine Cyanidgruppe, ein Halogen oder eine Alkoxygruppe ist, die zu beschichtende Oberfläche mit einer alkalischen Lösung behandelt und anschließend intensiv getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der zum Behandeln der zu beschichtenden Schicht verwendeten alkalischen Lösung auf der Basis des isoelektri schen Punktes der Oberfläche festgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als alkalische Lösung eine Ammoniumhydroxid-Lösung ver wendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Trocknen sehr trockener Stickstoff über die auf etwa 80°C erhitzte, zu beschichtende Oberfläche geleitet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche, während sie mit der fluorierten Verbindung in Kontakt gebracht wird, auf einer Temperatur von etwa 80°C gehalten wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein die fluorierte Verbindung enthaltendes Trägergas über die zu beschich tende Oberfläche geleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Stickstoff oder ein Edelgas verwendet wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als fluorierte Verbindung Perfluor-isopropoxy-propyl-trichlorsilan, oder Trifluor methoxy-äthyl-triisobutoxy-silan verwendet wird.