Schutzschicht Siliziummonoxid oder Siliziumdioxid

Hallo Franjo,
da solche Begriffe nicht alltäglich sind, habe ich einmal unter "Wikipedia" nachgelesen, wie die Unterschiede sind. Kann ich dir auch nur empfehlen, es zu erklären fehlt mir der "Grips".....

Gruß Guenther

Hallo Franjo,

Mein Chemiestudium ist zwar schon 20 Jahre her, aber ich stimme Dir zu. SiO wird dampfförmig aufgebracht und oxydiert zu Sio2. Der Rest ist Marketinggeschwafel.

Ich zitiere aus der Wikipedia:
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Siliciummonoxid wird in großem Maßstab als Material zur Vergütung von optischen Linsen verwendet. Dabei wird SiO in einem PVD-Prozess im Vakuum verdampft (wobei monomolekulares SiO in der Gasphase entsteht) und in einer dünnen Schicht auf den Linsen niedergeschlagen. Je nach dem im Prozess eingestellten Sauerstoff-Partialdruck scheidet sich die Schicht als SiO, Si2O3 oder SiO2 ab. Die Linsen werden so gehärtet oder – in Kombination mit Schichten aus anderen Aufdampfmaterialien – entspiegelt.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Man könnte nun spekulieren, ob Skywatcher tatsächlich seine Spiegel direkt mit SiO2 bedampft. Das könnte dann eventuell tatsächlich eine glattere oder haltbarere Schicht ergeben. Aber das geht schon so tief in das Thema Verfahrenstechnik, dass ich dazu nichts sagen kann.

Bis dann:
Marcus

Hallo Franjo,
beim Verdampfen von SiO2 lösen sich Sauerstoffatome aus der Verbindung und es würde sich wohl ein Gemisch aus SiO und SiO2 niederschlagen. Deshalb wird während des Aufbringens der Schutzschicht Sauerstoff gezielt hinzugefügt.
Wenn das in der Kammer passiert, ist das im Prinzip "klinisch steril" und beim Rausnehmen des "Beschichtlings", ist SiO2 mit all seinen positiven Eigenschaften fertig drauf.
Ich kann mir gut vorstellen, dass die Oxidation von SiO an der frischen Luft nicht so sauber abläuft, da fliegt ja noch jede Menge anderes Gedöns mit rum, als reiner Sauerstoff.
Zeitlich wird es sicher auch nicht ganz fix gehen, die Schicht ist zwar dünn, aber man könnte ja mal SiO Granulat beobachten, das dauert sicher ewig, bis aus braun weiß/klar geworden ist. Vermutlich oxidiert das Zeug auch nicht ganz durch.
Logisch betrachtet, muss das direkte Beschichten mit SiO2 die bessere Wahl sein.
Viele Grüße
Jörg

Hallo Franjo,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Außerdem wäre noch zu klären, ob unmittelbar aufgedampftes SiO2 tatsächlich besser schützt als aus SiO gebildetes.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
zumindest ist unmittelbar aufgedampftes SiO2 in der kompletten Schichtdicke SiO2 und nicht nur an der Oberfläche.
Als ich mal beim Beschichter war, fragte ein Mitarbeiter den Techniker des Anlagenherstellers, warum den SiO2 drauf gemacht würde und nicht SiO.
Die Antwort war: Die Optik soll auch geputzt werden. Daraufhin nickte der Mitarbeiter und meinte, ja dann geht das mit dem SiO nicht. Der Mitarbeiter war astronomisch völlig unbedarft, für ihn war der Unterschied aber sofort klar und logisch. Vielleicht war er durch viele Beschichtungsjahre mit der empfindlichen Oberfläche von SiO leidgeprüft.
Wenn die obersten Moleküle SiO2 ausbilden (haste ja selber geschrieben[^] ), wird das weitere Oxidieren in die Tiefe wahrscheinlich behindert und die Schicht bleibt weich.
Dass sie trotzdem transparent und nicht braun ist, wird sicher daran liegen, dass sie sehr dünn ist.
Gegen Gilb werden beide Schichten sicher gleichermaßen schützen, gegen mechanische Belastung macht das SiO2 besser, ist ja schließlich Quarz.
Viele Grüße
Jörg

Hi

Wäre mal interessant, die unterschiedlichen Belastbarkeiten von SiO, SiO2 und Aluminiumoxid im zeitlichen Verlauf zu vermessen.

Müßten solche Details nicht seit Jahrzehnten in Universitätsbibliotheken herumstehen?

Grüße
Stick

Hallo Franjo,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Innerhalb kurzer Zeit reagiert es mit Luftsauerstoff zu SILIZIUMDIOXID - der endgültigen Schutzschicht.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Das scheint nicht so zu sein. Obwohl eine leichte "Nachalterung" möglich ist.
Anderseits ergibt das Verdampfen von SiO2 nicht automatisch eine SiO2 Schicht.
Das scheint so zu sein, wie Jörg schrieb:
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...beim Verdampfen von SiO2 lösen sich Sauerstoffatome aus der Verbindung und es würde sich wohl ein Gemisch aus SiO und SiO2 niederschlagen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Um die Verwirrung komplett zu machen:
Man kann auch mit SiO als Ausgangsmaterial ein SiO2 Schicht, eine Si2O3 Schicht, oder irgendwas dazwischen (SiOx) abscheiden, wenn man O2 zugibt.
Noch besser geht es, wenn man den Sauerstoff ionisiert.
Lässt man den Sauerstoff komplett weg, kann bei zu schneller Verdampfung eine Mischung aus SiO und Si entstehen, wobei letzeres für einen dunklen Farbstich sorgt. Das ist zu vermeiden.

Beide Ausgangsmaterialien haben Vor- und Nachteile:
Bei SiO2 Verdampfung mittels Elektronenstrahl soll die Abstrahl-Charakteristik nicht konstant und schlecht reproduzierbar sein.
Bei SiO konnte ich noch keinen echten Nachteil finden, ausser dass SiO recht teuer ist.
(Interessanterweise wird es im Vakuum per Verdampfung+Abschreckung aus SiO2 und Si gewonnen)

Was mich bisher von eigenen Versuchen abgehalten hat, sind die komplexen Prozess-Parameter.
Man braucht zB einen exakt geregelten O2 Einlass und muss messtechnisch alles mögliche und unmögliche erfassen.
Unter anderen differieren die optischen Eigenschaften mit dem Oxidationsgrad:
Von n=2.0 bei SiO bis hin zu n=1.4 bei SiO2
Das sind schon Welten!
Schließlich muss die Schicht nicht nur schützen, sondern auch die richtige optische Dicke ausweisen.

Franjo, da erinnere ich mich gern an Deinen Spruch:
"Zwei Wochen intensive Labortätigkeit können locker eine halbe Stunde in der Bibliothek ersetzen."[:D]

Viele Grüße
Kai

Hallo Franjo,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Auch das wird nach einiger Zeit vollständig zu Quarz werden.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
ich habe noch was gefunden. Die Si - O Verbindung, wird mit einer Länge von 0,16nm angegeben. Bei der üblichen Dicke der Schutzschicht von 180nm liegen schon 1125 solcher Verbindungen übereinander.
Wenn die obersten Verbindungen zu SiO2 mutiert sind und weitere Oxidation behindern, wird es sicher ewig dauern, bis es in die unterste Lage durchoxidiert ist.
Wenn ich ein Sauerstoffatom wäre und durch 1000 verschlossenen Türen müsste, hätte ich nach kurzer Zeit keinen Bock mehr.[:D]
Viele Grüße
Jörg

Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass SiO oder SiO2 beim reaktiven Abscheiden mittels PVD (Aufdampfen oder Sputtern) sehr viel Erfahrung und Kenntnis der eigenen Anlage erfordert. Es ist - wie bereits erwähnt - unbedingt eine sehr gute Gasflussmessung notwendig. Am besten in Verbindung mit einem Massenspektrometer! Aber auch dann wird man kaum reine SiO oder SiO2 Schichten bekommen: man sucht sich halt das Optimumn der Schichteigenschaften, die man braucht (Brechungsindex, Härte, Absorption usw.), weil ohnehin immer auch nichtstöchiometrische Verbingungen von Si und O entstehen. In diesem Falle, wenn es um eine reine Schutzschicht geht, wird man schauen, dass man absorptionsfreie, harte Schichten bekommt. Der Brechungsindex spielt dann bei diesen Schichtdicken keine Rolle.

Hallo Freunde,

interessante Diskussion, zumal da ich als nächstes mit Bedampfungsversuchen von SiO- Granulat beginnen wollte. Aber wenn das, was dann passiert derart kompliziert zu steuern ist versuch ich erst mal SiO2 zu bedampfen. In meiner Vakuumanlage kann ich mittels Drehblende eine Alu- bedampfte Probe bei ununterbrochenem Hochvakuum partiell mit SiO2 bedampfen und danach den Reflexionsgrad der beiden Seiten messen. Vielleich stimmt es ja: <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Man könnte nun spekulieren, ob Skywatcher tatsächlich seine Spiegel direkt mit SiO2 bedampft. Das könnte dann eventuell tatsächlich eine glattere oder haltbarere Schicht ergeben. Aber das geht schon so tief in das Thema Verfahrenstechnik, dass ich dazu nichts sagen kann.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Anderseits, meine älteste Alu- bedampfte Probe ohne Schutzschicht ist nun schon fast u ein Jahr alt und sieht noch aus wie neu. Werde sie in den nächsten Tagen zusammen mit einigen anderen Proben vermessen...

Gruß Kurt

Hallo Kurt und Mitleser,

eigentlich hat reines Alu - auch nachdem die Oxidation der Aluoberfläche eingesetzt hat - eine etwas bessere Reflektivität (ca. 90%) als einfaches Si02 über-coating (ca. 83%). Nur die mechanischen Eigenschaften sind sehr schlecht. Wenn man immer wieder neu beschichten kann soll die reine Alu-Beschichtung die bessere Lösung sein.

Eine kurze Analyse gibt es hier:

An Overview of Alu Protective Coating Properties

Viele Grüße,
Horia

Hallo Horia,

wie kommst Du bei Fig.4 auf 83% ?
Wobei ich dieses Chart nicht als allumfassend hernehmen würde.
Normalerweise gibt es wegen der Schutzschicht keine Abzüge. Theoretisch sogar eine minimale Erhöhung. Zumindest über einen beschränkten Spektralbereich und senkrechtem Einfall.

Viele Grüße
Kai

Hallo Kai,

Recht hast du, keine 83% sondern 93%.

Viele Grüße,
Horia

Hallo Horia,

also ich lese ca 88-89% bei 500nm für "normal incidence".
Bei 45° Einfall mittelt sich die Polarisation, es kommt etwa dasselbe raus.

Viele Grüße
Kai

Franjo,
mal ne Frage: Gibt es eine Volumenzunahme bei der Oxidation von SiO zu SiO2?
Das wäre ein Indiz, dass die Diffusions- und Oxidationsrate selbst bei dünnen Schichten schnell in den Keller geht (ähnlich wie beim Alu).

(==&gt;)Jörg: Ich bin kein Experte. Aus metallurgischen Abhandlungen kenne ich Diffusions- und Kristallisations- Prozesse, die sich um 1000 Atomlagen nicht kümmern und binnen Stunden ablaufen. "Kaltauslagerung" von bestimmten Aluminiumlegierungen ist so ein Beispiel. Die Frage ist dabei eher, ob es (inter-) molekulare Kräfte gibt, die sowas "fördern". Denk z.B. an Osmose, die aus einem Ei ein Springbrunnen machen kann oder an die Kapillarkraft, die Wasser einen Baum hinauftreibt.

Gruß

Hallo Franjo,

ja, ein interessantes Thema ist es allemal!
Insbesondere weil die Theoretiker unter den <s>Alchemisten</s> Chemikern immer noch nicht einig sind, ob es SiO in fester Form überhaupt gibt[:D]

Mich interessiert SiO bzw SiO2 nicht wegen dem mechanischen Schutz, sondern weil man damit Verstärker-Schichten (zB SiO2 - TiO2) aufbringen kann. Aufgrund der komplexen Probleme vermutlich nur auf kleineren Spiegeln oder Fangspiegeln möglich. Aber immerhin!

Viele Grüße
Kai

Hallo Kurt,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Aber wenn das, was dann passiert derart kompliziert zu steuern ist versuch ich erst mal SiO2 zu bedampfen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Davon wirst Du Dich doch nicht abschrecken lassen?[:D]

Was ich nicht verstehe: Wie willst Du SiO2 direkt verdampfen?

Bei SiO geht das im einfachsten Fall so:
Bei einem Basisdruck von zB 1E-6mBar etwas Sauerstoff auf 1E-5mBar einlassen.
SiO langsam (im Zeitrahmen von 10-20min!) verdampfen.
Dann kommt SiOx mit x=1.5 bis 2 heraus.

Frag' mich nicht wie man mit einfachen Mitteln die Schichtdicke, vorzugsweise in situ, messen kann.
Vielleicht fällt Dir da was ein?[;)]

Viele Grüße
Kai

Hallo Kalle,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Jörg: Ich bin kein Experte. Aus metallurgischen Abhandlungen kenne ich Diffusions- und Kristallisations- Prozesse, die sich um 1000 Atomlagen nicht kümmern und binnen Stunden ablaufen. "Kaltauslagerung" von bestimmten Aluminiumlegierungen ist so ein Beispiel. Die Frage ist dabei eher, ob es (inter-) molekulare Kräfte gibt, die sowas "fördern". Denk z.B. an Osmose, die aus einem Ei ein Springbrunnen machen kann oder an die Kapillarkraft, die Wasser einen Baum hinauftreibt.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
tja, gute Frage.
Wenn ich das richtig in Erinnerung habe, geht es bei der Kaltauslagerung um Korngrößen und Verbund im Kristallgitter zur Festigkeitssteigerung. Dort sind alle nötigen Elemente ja schon im Material und es muss nichts von außen ins innere diffundieren.
Bei der Oxidation von SiO wird es schon so sein, dass Sauerstoffatome an den obersten Molekülen andocken und den Weg für nachfolgende versperren. Wenn SiO2 direkt drauf kommt, baut sich die Schicht schon mit der gewünschten Struktur auf, das kann nur von Vorteil sein.
Das Aufdampfen geschieht in der Regel mit Elektronenstrahlverdampfern, die sind viel komplizierter und vor allem teurer, als Widerstandsverdampfer.
Wenn ich als Firma keinen Elektronestrahlverdampfer besitze, macht es durchaus Sinn, eine nachträgliche komplette Oxidation der SiO Schicht aus verkaufsstrategischen Gründen anzupreisen.
Ob das dann in der Realität auch so abläuft, werden wohl 98% der Kunden nicht anzweifeln.[:D] Der nörglige Amateur dagegen, zweifelt erst mal alles an ... schon aus Prinzip![}:)]
... alles Abzocker... Halsabschneider... Betrüger... [:D][:D][:D]
Viele Grüße
Jörg

Hallo Franjo,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Wenn man das wüsste, wäre man schlauer. Vielleicht existiert eine Art Eimerkettenmechanismus, und die Sauerstoffatome sind motivierter als Jörg
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
wenn in der untersten Schicht, die "Miss World Silizium" wartet, könnte es sein, dass die Sauerstoffatome sich gern auf die Reise machen.[:D]
Viele Grüße
Jörg

Hallo Jörg,

nur zwei Beispiele, wo der gesunde Verstand bei atomaren Dimensionen komplett versagt:
Pyrex ist undicht für Helium.
Wasserstoff geht fast ungehindert durch heisses Palladiumblech.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Das Aufdampfen geschieht in der Regel mit Elektronenstrahlverdampfern, die sind viel komplizierter und vor allem teurer, als Widerstandsverdampfer.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Wobei der Vorteil von so einem Elektronenstrahlverdampfer darin besteht, dass man den mit einer Art Revolver beschicken kann und sehr materialunabhängig ist. Beliebig hohe Temperaturen sind möglich.
Während es beim Widerstandsverdampfer für jedes Material eine Wendel oder ein "Näpfchen" mit eigener, angepasster Heizung braucht.

Das Argument "teuer = gut" kann man hier nicht so pauschal abgeben. In der Literatur wird von unregelmäßiger Abstrahlung berichtet. Eine reaktive Gasatmosphäre braucht es so oder so. Bleibt als Argument vermutlich nur der günstige Preis von SiO2 im Vergleich zu SiO.

Viele Grüße
Kai