Структурная инженерия вакуумно-плазменных покрытий фаз внедрения

Abstract

В работе проведен анализ возможных структурных состояний определяемых неравновесностью процессов при вакуумно-плазменных методах получения покрытий фаз внедрения. Показано, что неравновесные условия осаждения из ионно-плазменных потоков значительно расширяют спектр возможных структурных состояний формируемого материала: от аморфоподобного до высокоупорядоченного кристаллического. Высокая скорость термализации определяет формирование фаз с кубической кристаллической решеткой (в большинстве случаев структурного типа NaCl). На примерах W-C и Ta-N систем с гексагональным типом решетки в равновесном состоянии показаны условия и механизм перехода из метастабильного состояния с кубической решеткой в равновесное с гексагональной кристаллической решеткой. Переход осуществляется путем диффузионно-сдвигового превращения с образованием дефектов упаковки в чередовании наиболее плотноупакованных плоскостей вдоль оси [111]. Образованию дефектов упаковки способствует малая область сдвига в нанокристаллических материалах и наличие вакансий, а само превращение сдвигом (через образование дефектов упаковки) сопровождается резкой релаксацией структурных напряжений. Исходя из критерия атомной подвижности обсуждены механизмы структурных преобразова-ний в вакуумно-плазменных покрытиях и необходимые физико-технологические условия для направленных структурных изменений на стадии осаждения и высокотемпературного отжига.

В роботі проведено аналіз можливих структурних станів визначаються неравновесностью процесів при вакуумно-плазмових методах отримання покриттів фаз проникнення. Показано, що нерівноважні умови осадження з іонно-плазмових потоків значно розширює спектр можливих структурних станів формованого матеріалу: від аморфоподібного до високо впорядкованого кристалічного. Висока швидкість термализации визначає формування фаз з кубічної кристалічної гратами (в більшості випадків структурного типу NaCl). На прикладах W-C і Ta-N систем з гексагональних типом решітки в рівноважному стані показані умови і механізм переходу з метастабільного стану з кубічною решіткою в рівноважний з гексагональної кристалічною решіткою. Перехід здійснюється шляхом дифузійно-зсувного перетворення з утворенням дефектів пакування в чергуванні найбільш щільноупакованих площин уздовж осі [111]. Утворенню дефектів пакування сприяє мала область зсуву в нанокристалічних матеріалах і наявність вакансій, а саме перетворення зрушенням (через утворення дефектів пакування) супроводжується різкою релаксацією структурних напружень. Виходячи з критерію атомної рухливості обговорено механізми структурних перетворень в вакуумно-плазмових покриттях і необхідні фізико-технологічні умови для спрямованих структурних змін на стадії осадження і високотемпературного відпалу.

The analysis of possible structural conditions defined nonequilibrium processes in vacuum-plasma methods of obtaining interstitial phase coatings. It is shown that nonequilibrium conditions the deposition of ion-plasma flows significantly expands the range of possible structural states formed material from amorphous like to highly ordered crystalline. High speed determines the thermalization phase forming cubic crystal lattice (in most cases the structural type NaCl). On examples of W-C and Ta-N system with a hexagonal lattice type in equilibrium conditions and shows the mechanism of the transition from a metastable state with a cubic lattice in equilibrium with a hexagonal crystal lattice. The transition is performed by diffusion-shear transformation with the formation of stacking faults in the alternation of the most densely packed planes along the [111] axis. The formation of stacking faults contribute to a small area of the shift in nanocrystalline materials and the availability of jobs, and shift the conversion itself (through the formation of stacking faults) is accompanied by a sudden relaxation of the structural stresses. Based on the atomic mobility criterion discussed mechanisms of structural transformations in the vacuum-plasma coatings and the necessary physical and technological conditions for structural changes aimed at the stage of precipitation and high temperature annealing.