nanoszerkezetű anyagok
- lerakódása többrétegű filmek rétegekkel nanométer vastagságú;
- a kialakulását nanokompozit bevonatok.
8.2.1. A hatás a ionbombázási a bevonat kialakulását
Korábban munkájukban Musil et al. Kimutatták, hogy az egyik módja annak, hogy változtatni a mikroszerkezet, fizikai és mechanikai tulajdonságait bevonatok a végrehajtása a rétegezési eljárás alatt bombázás a növekvő kondenzátum felületi energiájú ionok. Ebben ionbombázási csökkenéséhez vezet a kristályméret, szemcsehatárok tömörödés, képződése sugárzás hibák (Frenkel pár pont hibák és más), előfordulása nyomófeszültséget.
Így például, az alkalmazásával TiN bevonatokat által vakuumnodugovogo lerakódást ellátó a bevonási folyamatot a szubsztrát feszültség negatív impulzusok 1 - 2 kV gyakorisággal 1-7 kHz és egy DC feszültséget a tartományban 0-500 csökkentheti a méret a szerkezeti elemek a bevonatban. Illusztrációként, ábra. 8,5 mutatja fraktogrammy TiN bevonatokat. Látható, hogy a kapott bevonatok oszlopos szerkezete rejlő ion-plazma bevonatok.
Értékelése kristályméret a szélessége X-ray vonalak megadja az átlagos értéke, 15 - 30 nm-es, ugyanabban az időben, TiN átlagos krisztallit méretek nélkül kapott beültetés előmágnesező feszültség 100-200 nm.
Ábra. 8.5. Fraktogrammy törés bevonat TiN, letétbe nitrogén nyomás 0,66 Pa, és - egy negatív ofszet egyenfeszültség 230 és hüvelyesek 2 kV; b - ha negatív ofszet egyenfeszültséget 230 [14]
Így, a használata ionbombázási képződése során bevonatok csökkentése szemcseméret, és ezáltal megváltoztatja a szerkezetét és tulajdonságait a kapott anyagok.
8.2.2. keverési eljárás
A keverési folyamat hozzáadásával egy vagy több elem, hogy az alapanyag egy egyetlen elem. Bevezetés ötvözőelem megakadályozza a növekedés a szemcsék a fő fázisok a bevonat.
A fő paraméterek, amelyek lehet használni, hogy ellenőrizzék fóliaszerkezet, a szubsztrátum hőmérsékletét T s. E energiát b i. szállított ionok bombázzák a növekvő film és gyors semleges, és a számát és típusát hozzáadott elemek.
Más tényezők azonban szintén jelentős szerepet játszanak a kialakulásában a nanokristályos filmek:
- kölcsönös elegyedő vagy nem elegyedik a film elemeit,
- képes elemek szilárd oldatokat képeznek vagy intermetallikus vegyületek,
- entalpiája képződésének ötvözet Δ H f (negatív vagy pozitív).
A szerkezet a film erősen különböző tényezőktől függ, és ezek kölcsönös kombinációja.
Így például, egyfázisú mikroszerkezet minőségileg jó film leírható modellek javasolt Movchan és Demchishin, Thornton [29, 30]. Azonban minden ilyen modell nagyban, ha a film hozzá ötvöző elemek szennyeződéseket. Szennyező vagy adalékanyagok megállítani gabona növekedése és serkentik perezarodysheobrazovanie szemek. Ez a jelenség kialakulásához vezet a gömbszerkezetéből, bővülő ezekben a modellekben az alacsony és magas értékeket
Nij T s T m növekvő mennyiségű szennyeződés vagy adalék a filmben;
sűrű, finom szemű figyelhető ón filmek, amelyekben a Si atomok benne, vagyis a Ti-Si-N filmek.
Mindez arra utal, hogy az átalakulás a oszlopos mikroszerkezetek, hogy sűrű, szemcsés is előfordulhat, ha egy egyfázisú anyagot átalakítunk egy két-fázisú, például egy változás a kémiai összetétele. Ez a jelenség már igazolták WC - Ti 1-x Al x N filmek. Bár ezek a filmek, x = 0,3 kimutatták egyértelmű oszlopos mikroszerkezete film x = 0,57 voltak nagyon homogén, és nem mutatott oszlopos mikroszerkezete. A sztöchiometria X = 0,57 megfelel jól koncentráció tartományban 50 és 60 atm. % Al, ahol a két-fázisú film alakítható ki keverékéből álló szemek ón és alumínium-nitrid szemcsék. Ez a változás a filmben sztöchiometria is nagyon jól megfelel egy átmenetnek a kristályos, hogy az amorf fázisban a bináris Ti-AI ötvözet. Nevezetesen, azt találtuk, hogy a TiAl ötvözött film, amely 35-59 at. % Al, a röntgenamorf.
Ez azt jelzi, hogy a film egy sűrű, finom szemcséjű mikroszerkezet képezhetők nem csak a bevezetése a szennyeződések és / vagy adalékanyagokat, hanem a választás a leválasztási körülmények, amelyek lehetővé teszik, hogy filmet képezzen keverékéből álló nano-kristályos szemcsék különböző anyagok különböző kristálytani irányokkal, és / vagy különböző rácsos szerkezetek és szemes erős kedvezményes kristálytani orientációja. A kulcsfontosságú szerepet kialakulását nanoszerkezetű filmek is játszott a szállított energia a film alatt a növekedés.
Összehasonlítva a folyamat, amelyben az uralkodó körülmények a lerakódást a ionbombázási A fenti eljárásban alkothat fólia, amely keveréke a különböző nano-kristályszemcsék, valamint nanoamorfnye filmek nanokristályos szerkezetű.
8.2.3. Többrétegű bevonat egy nanostruktúra
Egy hatékony módja annak, hogy ellenőrizzék a kristályméret irányába bevonat növekedési bizonyult eljárás a többrétegű nanostruktúrák. A többrétegű szerkezet állítjuk elő a bevonatok időszakos lerakódását egyes vékony rétegek előre meghatározott vastagságú különböző tűzálló vegyületek, [17 - 21]. A szerkezet a nanoanyag van megnövekedett arányát interfázis interfészek a teljes mennyiség a felületek, amelyek jelentősen befolyásolják a tulajdonságok a többrétegű bevonattal. A gabona határok akadályt terjedésének ficamok és törések, amely magában foglalja a növekvő keménységét bevonatok. Ábra. 8.7 kapnak illusztrálására diagramja egy nanostrukturált bevonat TiN x / Cr x / AIN, és a változás a keménység, mint a frekvencia függvényében rétegek.
Látható, hogy a rétegek váltakozó egy bizonyos frekvencia, azaz a egy bizonyos vastagságú NANORÉTEGEK lehetséges magas értékeket a keménység. Csökkentett keménysége kisebb vastagságú (6 - 7 nm) kapcsolódik elmossa a határokat a rétegek között. Létrehozása és tanulmányozása ilyen bevonatok nagy tudományos és gyakorlati érdeklődés.
8.2.4. nanokompozitot bevonatok
Nanokompozitot bevonatok új generációját képviselik az anyagok. Nanokompozitot bevonatok kezdődött intenzíven vizsgálni a kilencvenes évek közepén a 20. században nagyon különbözik a hagyományos anyagok. Hagyományos anyagok napravlenogranulirovannymi szemcsemérettel d nagyobb, mint 100 nm. A javulás a tulajdonságaik alapja elsősorban az adalékolás az alapanyag. Így az új kristály szuperötvöze és superkeramika jött létre. Mivel a viszonylag nagy szemcsemérete d deformációs folyamatok diszlokációk határozzuk meg a hagyományos anyagok. Ezek a folyamatok meghatározza az alapvető tulajdonságait ömlesztett anyagok és bevonatok, például, keménysége H, E Young modulus, plasztikus deformáció, rugalmas visszaalakulás, szilárdság (szívósság), töréssel szembeni ellenállás, termikus stabilitás, az oxidációval szembeni ellenállást.
Ábra. 8.7. A mikroszerkezet, keménység változását a periodicitás a többrétegű bevonat NANORÉTEGEK [18]
Ficam aktivitás a fő oka, hogy a tulajdonságok a hagyományos anyagok álló nagy (> 100 nm) szemek,
Ez javítható adalékolásával egyetlen másik elem, de nem drasztikusan megváltoztatta, mint abban az esetben a nanokompozit anyagok összetétele a kis (<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.
Nanokompozit anyagok miatt 1) nagyon kicsi (<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.
A idealizált modell szuperkemény nanokompozit bevonat ábrán látható. 8.8a. Ábra. 8.8.b vázlatos ábrázolása az egyik nanokompozitok rendszer Ti-Si-N.
Eddig ezen a területen néhány nitrid vizsgált rendszerekben. A leginkább alapos vizsgálatot a rendszer vetettük alá TiN-Si 3N 4.
Ábra. 8.10. Sematikus ábrázolása a különböző nanostruktúrák nanokompozitok javított szilárdságú és - bár; b - Nanoszemcsés körül fázisú maganyag; in - keveréket nanograins [23]
Szerint a nanostruktúra film, nanokompozitok javított H lehet három csoportba sorolhatók.
1. nanokompozitok oszlopos nanoszerkezetű álló szemcsék gyűjtött Nanocolonies. Így nincs elegendő mennyiségű a második fázisban (bázisanyag), hogy az egész szemek,
2. A nanokompozit sűrű globuláris nanoszerkezetű álló nanograins teljesen körül egy vékony alapanyag fázisban, ábra. 8.10b.
3. A nanokompozit sűrű globuláris nanoszerkezetű álló nanograins különböző anyagok (kétfázisú anyagok) vagy nanograins különböző kristálytani irányokkal és rácsos szerkezetébe azonos anyagból (monofázis anyag)
Nanokompozitok készült kristályos határain átmenetek (ábra. 8.10a, b) is van egy oszlopos nanostruktúra. Nanokompozitok álló nanograins teljesen körül fázisú alapanyag, vannak kialakítva az átmenet a kristályos, hogy az amorf állapot (ábra. 8.10a). Nanokompozitok keverékéből álló kis nanograins nanograins eltérő anyagból vagy különböző kristálytani orientációjától és / vagy rácsstruktúra ugyanabból az anyagból vannak kialakítva belül között két kristályos fázis vagy két előnyös kristálytani irányokkal a szemcsék.
Az osztályozás a fenti, kísérletileg igazoltuk. Eredeti H emelkedett szorosan összefügg a mérete és alakja az építőelemek teszik ki a nanokompozit. Erre a tényre alapozva, arra lehet következtetni, hogy a geometria és építőelemeket és szemcsemérete - a fizikai paraméterek, amelyek meghatározzák az új és egyedülálló tulajdonságai nanokompozit filmeket. A fokozott keménység képezhet álló bevonattal keverékéből nanograins ugyanabból az anyagból, de különböző kristálytani irányokkal és rácsszerkezeteket. Ez lehet a magyarázata a fokozott keménységű egyfázisú anyagok
Jelenleg legnagyobb előrelépés rendszerekhez
teljes vagy majdnem teljes elegyíthető komponenseket olyan állapotban, amelyben a szilárd nanokristályok teljesen körül az anyag egy másik fázis az amorf állapotban. Eddig számos nitro vizsgáltuk ebben az irányban
Ridnyi rendszereket. A legalaposabban tanulmányozott TiNSi 3 N 4 rendszer
8.4. Mechanikai tulajdonságok nanokristályos bevonat
Vannak három paraméter, amely befolyásolja növekedését keménysége nanokompozitok:
1) macrostress σ. fordul elő a bevonat során a növekedés;
2) A nanostruktúra nanokompozit;
3) rövid kovalens kötések az atomok között, a jelenléte, például
intézkedések, Si-C-N és Si-C-B-N bevonatok.
A fokozott keménység következtében a kombinált hatása két vagy akár mind a három paramétert. Ez a tény nagyban megnehezíti a