Физико-механические свойства нанокомпозитных покрытий на основе Zr, Ti, Si и N, полученных методом вакуумно-дугового осаждения

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико- математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Сумський державний університет, Суми, 2011. Досліджуються фізико-механічні характеристики нанокомпозитних покриттів на основі Zr, Tі, Sі та N, синтезованих вакуумно-дуговим методом із застосуванням ВЧ стимуляції. Показано, що даний метод дозволяє формувати із суцільнометалевого катода Zr+Tі+Sі нанокомпозитні покриття з високими фізико-механічними властивостями. При варіюванні тисків і потенціалів зсуву, у плівках мікронної товщини виявляються кристаліти твердого розчину (Zr, Tі)N на основі кубічної ґратки типу NaCl. Розміри кристалітів перебувають у нанометровому діапазоні. Структура і субструктура конденсату є визначальними для механічних характеристик покриттів на основі Zr, Tі, Sі та N. Твердість покриттів, залежно від умов формування, спостерігається у межах 40,8 ÷ 48 ГПа, а модуль пружності змінюється у межах 392 ÷ 456 ГПа. При відпалюванні покриттів на повітрі та у вакуумі твердість покриттів дещо підвищується за рахунок утворення фази силіконітридів. Відношення H/E для покриттів визначається в межах 0,08 ÷ 0,11, що характеризує їх як дрібнокристалічних або аморфно-нанокристалічні покриття. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/16334

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико- математических наук по специальности 01.04.07 – физика твердого тела. – Сумской государственный университет, Сумы, 2011. Диссертация посвящена исследованию физико-механических характеристик нанокомпозитных покрытий на основе Zr, Ti, Si и N, синтезированных методом вакуумно-дугового осаждения с применением ВЧ стимуляции. Покрытия формировались методом вакуумно-дугового осаждения из цельнолитого катода Zr+Ti+Si. Изучалось влияние физико-технологических параметров осаждения на элементный и фазовый состав покрытий. Показано, что увеличение потенциала смещения ВЧ СМ U от -100 В до -200 В приводит к более интенсивному протеканию химических реакций образования нитридов. В исследованном интервале давлений и потенциалов смещения, по рентгеновским дифракционным спектрам в покрытиях выявлены кристаллиты твердого раствора (Zr, Ti)N на основе кубической решетки типа NaCl. Конденсация при потенциалах смещения ВЧ СМ U от-100 В до -200 В приводит к значительной деформации решетки кристаллитов. Сжимающие напряжения в пленках твердого раствора (Zr, Ti)N приводят к формированию текстуры (111) в плоскости роста покрытия. Термическая стабильность покрытий исследовалась путем отжига в среде воздуха и вакуума. При температуре отжига до 870 K в воздушной среде, наблюдается уменьшение параметра решетки, величины микро- и макродеформаций, сопровождающееся ростом вероятности деформационных дефектов упаковки. При повышении температуры отжига в воздушной среде до 1070 K наблюдается сильное окисление материала покрытия и материала основы в местах разрушения покрытия. При этом происходит полный распад твердого раствора (Zr, Ti)N и образование в покрытиях диоксидов циркония и титана (ZrO2, TiO2). Переход к отжигу в вакууме повышает стабильность фазового состава конденсата от температурной об- ласти в 770 ÷ 870 K до температуры в 1450 K за счет уменьшения количества кислородных атомов в среде отжига. Изменение фазового состава кристаллитов, в первую очередь, определяется кристаллизацией силиконитридов (β-Si3N4) с гексагональной кристаллической решеткой. Увеличивается содержание Ti в твердом растворе (Zr, Ti)N, а также на поверхности образуется небольшое количество двуокиси циркония ZrO2, не приводящее к развалу твердого раствора. Наблюдаются рефлексы от TiN. Высокие макро- и микродеформации в покрытии при отжиге релаксируют. От- 20 жиг в вакууме приводит к увеличению размера нанокристаллитов твердого раствора от 12 ÷ 15 нм до 25 нм. В зависимости от структурно-фазового состава покрытий изменяются твердость H и модуль упругости E. Твердость нанокомпозитных покрытий на основе Zr, Tі, Sі и N в случае формирования в покрытии твердого раствора (Zr, Tі)N составляет H = 40,8 ГПа (модуль упругости Е = 392 ГПа), после отжига в вакууме при температуре 870 K твердость составляет H = 48,6 ГПа (модуль упругости Е = 456 ГПа). При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/16334

Thesis on the scientific degree of candidate of physical and mathematical sciences on the specialty 01.04.07 – Physics of solid states. – Sumy State University, Sumy, 2010. Coatings were fabricated using vacuum-arc deposition from unit-cast Zr–Ti–Si targets. Films were deposited in nitrogen atmosphere. Deposition was carried out using standard vacuum-arc and HF deposition methods. Analyzing phase composition of the base Zr, Ti, Si and N films, we found that a basic crystalline component of as-deposition on state was solid solution (Zr, Ti)N based on cubic lattice of structured NaCl. At substructure level, microdeformation was still high, and amounted 1.4%. With a relatively small average crystallite size (L ≈ 15 nm), development of such high microdeformation indicated significant contribution of crystallite deformed boundaries. Phase composition of ion-plasma films under temperature of vacuum annealing lower than 1450 K remained practically unchanged, corresponding to post asdeposition state. An average crystallite size of solid solution (Zr, Ti)N also remained practically unchanged. Under this temperature range (570 – 1270 K), microdeformation at substructure level typically decreased from 1.4 to 0.8%, which indicated decreasing amount of lattice defects. In initial state, after deposition, those samples, which phase composition included three phases (Zr, Ti)N, ZrN, and α-Si3N4, hardness was H = 40.8 GPa; E = 392 GPa. 870 K annealing increased H and E and decreased spread in hardness values, for example, H = 48 GPa and E = 456 GPa. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/16334