Селективні процеси при знижених коефіцієнтах конденсації

Abstract

Дисертація присвячена вивченню і систематизації механізмів структуроутворення конденсатів в умовах прояву фазової і просторово розподіленої селективностей, залежних від хімічного складу пар, що осаджуються, і наближення до фазової рівноваги в системі пара-конденсат. Створено новий клас іонних розпилювачів, за допомогою яких можна наносити покриття на плоскі поверхні і внутрішні поверхні труб при знижених коефіцієнтах конденсації. Визначені закономірності прояву селективних процесів при стаціонарному осадженні слабкопересичених парів Ti, Cr, Cu і Al у високочистому інертному середовищі, а також закономірності проявів фазової та просторово розподіленої селективностей за умов стаціонарного осадження металів та вуглецю за допомогою самоузгоджених розпилювальних систем усередині пустотілого катода, що визначає формування різних за "архітектурою" нано- і мікроструктур та росту мікрокристалів різних алотропів вуглецю. Встановлені закономірності прояву фазової селективності при формуванні шарів системи Ti-C. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3452

Диссертация посвящена изучению и систематизации механизмов структурообразования конденсатов в условиях проявления фазовой и пространственно распределенной селективностей, зависимых от химического состава осаждаемых паров и условий конденсации с малыми коэффициентами. Создан новый класс ионных самосогласованных распылителей, при помощи которых можно наносить слои на плоские поверхности с различной степенью близости к фазовому равновесию в системе пар- конденсат. Разработана математическая модель, позволяющая производить расчеты распределения толщины и химического состава слоев на подложках в зависимости от распределения ионного пучка над поверхностью составной мишени и геометрических характеристик распылительных систем на базе магнетронного распылителя с кольцевой зоной эрозии. Экспериментально установлено, что зарождение на ростовой поверхности с малой плотностью кристаллических зародышей, дальнейший объемный рост которых определяется исключительно диффузионной коалесценцией, а также равновероятным поступлением паров на различные грани равновесных по форме нанокристаллов, определяет формирование статистически однородных монослоев слабо связанных друг с другом нанокристаллов Cr, Ti, Cu или Al, переходящих в трехмерные лабиринтные слои. При стационарной конденсации металлов с малыми коэффициентами при помощи самосогласованных распылительных систем проявление структурной селективности в виде формирования трехмерных лабиринтных слоев усиливается с уменьшением напряженности электрического поля над ростовой поверхностью, а также при более эффективном объемном диффузионном поле и повышении температуры конденсации, а наиболее типичное проявление полевой селективности наблюдается в виде формирования столбчатых структур или в образовании отдельных, выступающих над ростовой поверхностью частей конденсата, как правило, имеющих монокристаллическое строение. При осаждении слабопересыщенных титаноуглеродных паров с соответствующим соотношением составляющих и в условиях предельно низких парциальных давлений (~8·10-8Па) остаточных химически активных газов происходит образование нового бикарбида и алмазной фазы в виде глобулярных за формой структур, причем новое соединение в виде TiC2 является метастабильным по отношению к алмазу и образуется при внедрении в отдельные междоузлия ГЦК-решетки TiC атомов углерода. Эффективность процессов карбидизации и соответствующее формирование сверхтвердых слоев TiC1-x при ионном распылении C и Ti в необходимых пропорциях в основном определяется аккумуляцией ростовой поверхностью энергии, которая выделяется на ней под действием вторичных электронов, отрицательных ионов, высокоэнергетических атомов, а также при фазовом переходе пар-конденсат. Снижение коэффициента конденсации при переходе паров Ti в конденсированное состояние путем дополнительной ионизации распыленного вещества при помощи полого катода, а также использование в качестве рабочего газа разреженной атмосферы воздуха существенно повышают проявление фазовой селективности в виде формирования слоев рутила или анатаза. Использование стационарного осаждения С внутри полого катода на подложки из Ti, а также переход TiC2 → алмаз способствовали совмещению фазовой и пространственно распределенной селективностей в виде формирования отдельных микрокристаллов алмазов и других аллотропов С. Осаждение С в высокочистой инертной среде и одновременное введение в конденсат незначительного количества Ti (~3 ат.%), а также интенсивное облучение ростовой поверхности потоком электронов приводят к образованию слоев в виде слабо связанных друг с другом нанокристаллов алмаза. Изменяя условия перехода С в конденсированное состояние внутри полого катода путем варьирования геометрических характеристик распылительной системы, реализованы фазовые селективности в виде формирования слоев графита, чаоита или β-карбина, которые, в свою очередь, имеют различную "архитектуру". При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3452

The thesis is devoted to analysis and systematization of mechanisms of the condensates structure formation under conditions of phase and spatially distributed selectivities appearance, the selectivities being depending on the deposited vapor chemical composition and the level of kinetic nonequilibrium of the stationary process of their transfer to condensed state. The new kind of ionic sputterers is developed. Using them it is possible to deposit coverings onto flat surfaces and internal pipe surfaces under different levels of kinetic nonequilibrium of substance transfer to condensed state. The regularities of selective processes appearance at stationary deposition of weakly supersaturated Ti, Cr, Cu, and Al vapors in high-purity inert environment are determined. The regularities of appearance of phase and spatially distributed selectivities under conditions of metals and carbon stationary kinetically super-nonequilibrium condensation with self-consistent sputtering systems inside hollow cathode are also fixed, the selectivities appearance leading to various "architecture" nano- and microstructures formation as well as to different carbon allotropes microcrystal growth. The regularities of phase selectivity appearance at Ti-C system layers formation are determined. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3452