- нанасяне на многослойни филми с дебелина на слоя нанометра;
- формирането на нанокомпозитни покрития.
8.2.1. Ефектът на йон бомбардиране на образуване на покритието
Преди в тяхната работа Musil и др. Са показали, че един начин за промяна на микроструктурата, физични и механични свойства на покрития е изпълнението на процеса на отлагане при бомбардиране на нарастващите енергийни йони кондензат повърхност. В този йон бомбардиране води до намаляване на размера на кристалита, границите на зърното уплътняване, образуване на радиационни дефекти (Frenkel двойка точкови дефекти и други), поява на натискови напрежения.
По този начин, например, чрез прилагане TiN покрития от vakuumnodugovogo отлагане чрез предоставяне на метод за нанасяне върху субстрат напрежение отрицателни импулси с 1 - 2 кВ с честота 1-7 кХц и напрежение DC в обхвата от 0-500 може да намали размера на структурните елементи на покритието. Като илюстрация, Фиг. 8.5 показва fraktogrammy TiN покрития. Може да се види, че покритията, получени имат колонен структура присъщи йон плазмени покрития.
Оценка на кристалита размер от ширината на рентгенови линии дава средна стойност 15 - 30 Nm, в същото време, калай размери средно кристални получени без имплантиране с постоянен наклон напрежение е 100-200 нм.
Фиг. 8.5. Fraktogrammy фрактура покритие калай, депозиран при налягане на азот 0,66 Ра: и - за отрицателен DC компенсира 230 и импулси на 2 кВ; б - ако отрицателен DC компенсира 230 [14]
По този начин, използването на йонно бомбардиране време на образуването на покрития за намаляване на размера на зърното и по този начин да се промени структурата и свойствата на материалите, получени.
8.2.2. процес на смесване
Процесът на смесване е добавянето на един или повече елементи на основния материал с един елемент. Въведение легиращ елемент предотвратява растежа на зърна от основните фази на покритието.
Основните параметри, които могат да бъдат използвани за контрол на филмова структура, са температура субстрат T S на. енергия E б аз. доставени йони бомбардират нарастващата филма и бързо неутралните и броя и вида на добавени елементи.
Други фактори, обаче, също играят важна роля във формирането на филмите за нанокристални:
- взаимното на смесване или несмесваемост на филмови елементи,
- способност елементи образуват твърди разтвори или интерметални съединения,
- енталпия на образуване на сплав Δ Н е (отрицателен или положителен).
Структурата на филма силно зависи от различни фактори и тяхното взаимно комбинация.
Така, например, еднофазен микроструктура е качествено добри филми могат да бъдат описани чрез модели предложените Movchan и Demchishin, Thornton [29, 30]. Въпреки това, всички тези модели се различават значително, ако филмът да добавите легиращи елементи примеси. Примеси или добавки спират растежа на зърно и стимулират perezarodysheobrazovanie зърна. Това явление води до образуването на кълбовидни структура, разширяване на тези модели от ниска към високи стойности
NIJ Т Т т с увеличаване на съдържанието на примеси или добавки във филма;
плътен фин зърно може да се наблюдава за калай филми, в които са включени Si атоми, т.е., за филми Ti-Si-N.
Всичко това показва, че превръщането на колонни микроструктури до гъста гранули може да възникне, когато еднофазен материал се превръща в двуфазна, например, промяна в неговия химичен състав. Това явление е доказана за тоалетна - Ti 1-х Al хп филми. Докато тези филми с х = 0,3 показват ясно колонен микроструктура филм с х = 0,57 бяха много хомогенен и не показва колонен микроструктура. стехиометрия х = 0,57 за съответства и на диапазона на концентрация между 50 и 60 атм. % Al, където може да се образува филм двуфазен, състояща се от смес от зърна от калай и ALN зърна. Тази промяна в филм стехиометрия е също много добре съответства на преход от кристалната на аморфната фаза в двоичен Ti-Al сплав. А именно, беше установено, че триал легирана филм, съдържащ 35-59 в. % Al, са рентгенова аморфен.
Това показва, че филмът с плътен фин зърнест микроструктура може да се образува не само въвеждането на примеси и / или добавки, но също така избора на условията на отлагане, които позволяват да се образува филм, състоящ се от смес на нанокристални зърна от различни материали, различни кристалографски ориентации, и / или различни решетъчни структури и зърнени храни със силен преференциален кристалографски ориентация. Ключова роля при формирането на наноструктурирани филми също играе енергията доставена на филма по време на неговия растеж.
В сравнение с процеса, в който условията, преобладаващи в отлагането на йонно бомбардиране в горния метод могат да образуват филм, състоящ се от смес от различни нано-кристални зърна, както и nanoamorfnye филми с нанокристален структура.
8.2.3. Многослойно покритие с наноструктура
Един ефективен начин да се контролира размера на кристалита в посока на растежа покритие оказа метод за получаване на многослойни наноструктури. Многослойната структура се получава в покритията периодично отлагане на отделни тънки слоеве на предварително определена дебелина различни огнеупорни съединения [17 - 21]. В структурата на наноматериала се увеличава пропорционално на междуфазови интерфейси на общия обем на интерфейсите, които оказват съществено влияние върху свойствата на покритието многослойния. границите на зърното са пречки за разпространение на размествания и пукнатини, което включва повишаване на твърдостта на покритията. Фиг. 8.7 са дадени като илюстрация диаграма на калай наноструктурирани покритие х / Cr х / AlN и промяната на твърдост, като функция на честотата слоеве.
Тя може да се види, че пластовете на редуващи се с определена честота, т.е. при определена дебелина nanolayers възможно да се получат високи стойности на твърдост. Намалена твърдост при малки дебелини (6-7 пМ) е свързана с размива границите между слоевете. Създаване и изследване на тези покрития е от голямо научно и практическо значение.
8.2.4. нанокомпозитни покрития
Нанокомпозитни покрития представляват ново поколение материали. Нанокомпозитни покрития която започна интензивно проучени в средата на деветдесетте години на 20 век са много различни от конвенционалните материали. Конвенционалните материали napravlenogranulirovannymi с размер на зърното г е по-голяма от 100 пМ. Подобряването на техните свойства се основава главно на дотирането на основния материал. По този начин са създадени нови кристални суперсплави superkeramika. Поради относително голям размер на частиците D на деформационни процеси размествания са определени в конвенционални материали. Тези процеси определят основните свойства на насипни материали и покрития, например твърдост от Н, Е модул на Янг, пластична деформация, еластично възстановяване, якост (здравина), крекинг резистентност, термична стабилност, устойчивост на окисляване.
Фиг. 8.7. микроструктура, твърдост вариант на на периодичността на многослойни nanolayers покритието [18]
Разместване активност е основната причина, че свойствата на конвенционални материали, състоящи се от голям (> 100 пМ) зърна,
Тя може да бъде подобрена чрез допинг само друг елемент, но не драстично променена като в случай на нанокомпозитни материали, съставени от малки (<100 нм) зерен. Материалы, состоящие из смеси, по крайней мере, двух различных видов маленьких (<100 нм) зерен, определены как нанокомпозитные материалы. Дислокации прекращают генерироваться в зернах с размером d ≈ 10 нм. Это означает, что когда размер зерна d уменьшается, дислокационная активность постепенно заменяется новыми процессами деформации, в частности усилением границ зерна, скольжением границ зерна и электронным соединением между атомами в соседних зернах и/или атомами в граничных областях. Кроме того, отношение S/V поверхности S и объема V зерен, также отношение N b / N g количества атомов в граничной области, окружающей зерно, и в зерне также сильно увеличиваются с уменьшением d. Свойства нанокомпозитных материалов определяются размером и формой зерен и топологией границ вокруг зерен. Это главные причины, почему нанокомпозитные покрытия показывают улучшенные свойства и очень часто совсем неожиданные новые уникальные физические и функциональные свойства.
Нанокомпозитни материали поради 1) е много малък (<10 нм) размера зерен, из которых они состоят, и 2) значительной роли граничных областей, окружающих отдельные зерна, ведут себя другим образом по сравнению с обычными материалами с зернами больше, чем l00 нм, и таким образом они обладают совершенно новыми свойствами. Это особый класс наноматериалов, характеризующейся гетерогенной структурой, которая образована практически не взаимодействующими фазами со средним линейным размером структурных элементов <100 нм. Они состоят, как минимум, из двух фаз с нанокристаллической и аморфной структурой. В этом направлении в настоящее время набольшие успехи были достигнуты для систем с полной или практически полной несмешиваемостью составляющих, находящихся в состоянии при котором твердые нанокристаллиты полностью окружены материалом другой фазы в аморфном состоянии.
В идеализиран модел с свръхтвърди нанокомпозитни покритие е показано на фиг. 8.8a. Фиг. 8.8.b е схематично представяне на един от система нанокомпозити Ti-Si-N.
Досега в тази област проучени няколко системи нитрид. Най-задълбочено разследване на системата е бил подложен на TiN-Si 3 N 4.
Фиг. 8.10. Схематично представяне на различните наноструктури зъм с подобрена твърдост и - бар; б - nanograin заобиколен фаза сърцевинен материал; в - смес nanograins [23]
Според филма наноструктурата, нанокомпозити с подобрена Н, могат да се разделят на три групи.
1. нанокомпозити с колонен наноструктура, състояща се от зърнени храни, събрани в Nanocolonies. По този начин е налице достатъчно количество от втора фаза (основен материал) за покриване на пълноценни зърна,
2. нанокомпозитни гъста кълбовидни наноструктурата на състояща се от nanograins напълно заобиколени от тънък базов материал фаза, Фиг. 8.10b.
3. нанокомпозитни гъста кълбовидни наноструктурата, състояща се от nanograins различни материали (двуфазни материали) или nanograins с различни кристалографски ориентации и решетъчна структура от същия материал (монофазен материал)
Нанокомпозити изготвени на кристални граници на преходи (фиг. 8.10a, б) имат колонен наноструктура. Нанокомпозити състоящи nanograins напълно заобиколени фаза основен материал, се образуват в прехода от кристалната до аморфно състояние (фиг. 8.10a). Нанокомпозити, състоящи се от смес на малки nanograins nanograins различен материал или различни кристалографска ориентация и / или решетъчна структура от същия материал са оформени в рамките между две кристални фази или два изгодни кристалографски ориентации на зърната.
Класификацията се има предвид по-горе, е била потвърдена експериментално. Произход H повишени тясно свързан с размера и формата на градивните елементи, които изграждат нанокомпозитни. Въз основа на този факт, можем да заключим, че геометрията и градивните елементи на, както и размерите на зърно - на физическите параметри, които определят нови и уникални свойства на нанокомпозитни филми. Повишена твърдост може да образува покритие, състоящо се от смес от nanograins от същия материал, но с различен кристалографски ориентации и решетъчни структури. Това може да обясни увеличи твърдостта на еднофазни материали
В момента е постигнат голям напредък за системи
с пълна или почти пълна компоненти смесими в състоянието, в което твърдите нанокристали са напълно обградени от материала, от друга фаза в аморфно състояние. Към днешна дата, няколко нитро са изследвани в тази посока
Ridnyi системи. Най-добре проучен TiNSi 3 N 4 система
8.4. Механични свойства на нанокристални покрития
Има три параметри, които влияят увеличаване на твърдостта на нанокомпозити:
1) macrostress σ. възниква в покритието по време на растеж;
2) нанокомпозитни наноструктурата;
3) къси ковалентни връзки между атомите, присъствието, например
мерки, Si-C-N и Si-С-В-N покрития.
Повишена твърдост е резултат от комбинираното действие на две или всичките три параметри. Този факт значително усложнява
Свързани статии