Research of Microhardness of Thin Ceramic Coatings Formed by Combined Electron-beam Method on Dielectric Materials

Abstract

Встановлені особливості отримання на поверхнях діелектриків (на прикладі кремнію Кр1) тонких керамічних покриттів (TiO2 + Al2O3, Al2O3, ZrO2) при їх формуванні термічним випаровуванням у вакуумі. Досліджено механізм підвищення мікротвердості таких покриттів шляхом їх поверхневого модифікування електронним потоком стрічкової форми. Показано, що комбіноване термовакуумне нанесення тонких керамічних покриттів із порошкових матеріалів на поверхню кремнію Кр1 з наступним їх модифікуванням електронним потоком низької енергії в одному технологічному циклі, дозволяє суттєво зменшити мікрорельєф та стабілізувати однорідність поверхонь покриттів, а також підвищити хімічну і біологічну стійкість цих покриттів до впливу оточуючого середовища. Визначено умови якісного знаходження мікротвердості досліджуваного матеріалу із залученням методу атомно-силової мікроскопії. Проведені дослідження мікротвердості як модифікованих покриттів, так і поверхонь діелектриків, на які проводилося їх нанесення. Встановлено факт нелінійного збільшення мікротвердості (на 13-17 %) тонких покриттів, нанесених на поверхню діелектричного матеріалу комбінованим електронно-променевим методом по мірі зменшення товщини цих покриттів. Показана можливість визначення мікротвердості багатошарових мультифункціональних керамічних покриттів, отриманих комбінованою електронно-променевою технологією, за різних умов та різних режимів проведення технологічного експерименту.

The peculiarities of obtaining thin ceramic coatings (TiO2 + Al2O3, Al2O3, ZrO2) on the surfaces of dielectrics (on the example of Kr1 silicon) during their formation by thermal evaporation in vacuum have been established. The mechanism of increase of microhardness of such coatings by their surface modification by a ribbon-shaped electron steam is investigated. It is shown that the combined thermal vacuum deposition of thin ceramic coatings from powder materials on the surface of Kr1 silicon, followed by their modification by low energy electron flow in one technological cycle, allows to significantly reduce the micro relief and to stabilize the homogeneity of the coating surfaces, as well as to increase the chemical and biological resistance of these coatings to the influence of the environment. The conditions of qualitative determination of microhardness of the studied material with the use of atomic force microscopy are determined. Microhardness studies, both of modified coatings and of dielectric surfaces on which they were applied, were carried out. The fact of nonlinear increase of microhardness (by 13-17 %) of thin coatings deposited on the surface of dielectric material by the combined electron beam method as the thickness of these coatings is established. The possibility of determining the microhardness of multilayer multifunctional ceramic coatings obtained by combined electron beam technology under different conditions and different modes of technological experiment is shown.