По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.793.14

Изучение структурных и фазовых особенностей вакуумных конденсатов карбида циркония, ниобия и титана и диборидов титана и циркония

Гадалов В. Н., д-р техн. наук, профессор, Юго-Западный государственный университет, Курск, 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94, e-mail: gadalov-vn@yandex.ru
Ляхов А. В., канд. техн. наук, заместитель директора, Курский электромеханический техникум, Курск, 305004, Курск, ул. Садовая, д. 19, e-mail: lyakhov.andrei@yandex.ru
Ляхов В. И., канд. техн. наук, доцент, Юго-Западный государственный университет, Курск, 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94, e-mail: kemt-s@yandex.ru

Методами металлографии, электронной микроскопии, электронографии и рентгенографии исследованы структура и фазовый состав вакуумных конденсатов карбидов циркония, ниобия и титана, диборидов титана и циркония. Установлено, что испарение этих материалов в вакууме (2…3) × 10[sup]-5[/sup]мм рт. ст. и последующая конденсация со скоростями (0,1…2) мкм/мин не сопровождается изменением фазового состава. Наносимые на гладкие диэлектрические подложки при (200…700) °С слои обладают дисперсным поликристаллическим строением и обнаруживают аксиальные ориентации. В качестве исходных материалов использовались порошки карбидов титана, циркония и ниобия и диобридов титана и циркония с составами, близкими к стехиометрическим. Для выявления особенностей морфологии пленок тугоплавких соединений выполнены электронно-микроскопические исследования, из рассмотрения которых видно, что с увеличением толщины пленки происходит увеличение степени кристалличности. Пленки толщиной 0,2 мкм имеют поверхность, на которой при увеличении в 10[sup]3[/sup] раз невозможно обнаружить какие-либо кристаллические образования; с увеличением толщины пленки до (0,6…0,98) мкм наблюдается появление чрезвычайно мелких бугорков, являющихся отдельными кристаллитами.

Литература:

1. Мовчан, Б.А. Малащенко, И.С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. — Киев: Наукова думка, 1983. — 231 с.

2. Ляхов. А. В., Гадалов, В. Н., Ляхов, В.И. Исследование отражения паровых потоков от нагретых поверхностей при электронно-лучевом испарении металлов // Известия ЮгоЗападного государственного университета. — 2016. — №1 (64). — С. 15–19.

3. Мовчан, Б. А., Тутов, Н.Д. Электронно-лучевое испарение и осаждения из паровой фазы материалов в вакууме // Известия Юго-Западного государственного университета. — 2009. — №1 (26). — С. 12–18.

4. Фесенко, В. В., Болгар, А.С. Испарение тугоплавких соединений. — Металургия, 1966. — 241 с.

5. Герт, Л. М., Бабад-Захряпин, А.А. Текстурообразование в вакуумных конденсатах // Физ. металлов и металловел. — 1969. — Т. 28, вып.

2. — С. 375–378.

6. Эндрюс, К., Дайсон, Д., Киодн, С. Электронограммы и их интерпретация. — Мир, 1971. — 360 с.

7. Запорожец , А. Г., Некрасов, М.М. Расчет температуры поверхности пленки в процессе ее осаждения. Сб. «Вопросы микроэлектроники». — Киев: Наукова думка, 1971. — С. 172–175.

8. Липсон, Г., Стилл, Г. Интерпретация порошковых рентгенограмм. — Мир, 1972. — 230 с.

9. Куликов, И.С. Термическая диссоциация соединений. — Металургия, 1967. — 180 с.

10. Стромс, Э. Тугоплавкие карбиды. — Атомиздат, 1970. — 300 с.

11. Ядерные реакторы. III. Материалы для ядерных реакторов. — Издво иностр. лит., 1956. — 355 с.

12. Никольская, Т. А., Аварбэ, Р.Г. Некоторые закономерности испарения карбидов переходных металлов IV–V подгрупп в вакууме. Сб. «Металлиды — строение, свойства, применение». — Наука, 1971. — 127 с.

13. Торшина, В. В., Смолина, Г. Н., Добычин, С. Л. и др. Масс-спектрическое излучение испарений карбида циркония при высоких температурах. Сб. «Тугоплавкие карбиды». — Киев: Наукова думка, 1972. — С. 197–199.

14. Никольская, Г. А., Аварбэ, Р. Г., Вильк, Ю.Н. Температурная зависимость конгруэнто испаряющих составов фазы монокарбида циркония и скорость их испарения. Сб. «Тугоплавкие карбиды». — Киев: Наукова думка, 1970. — С. 193–196.

15. Чопра, К.Л. Электрические явления в тонких пленках. — Мир, 1972. — 180 с.

Изучение структурных особенностей конденсированных материалов представляет собой большой интерес, поскольку структура определяет такие параметры, как удельное электросопротивление, твердость, механические напряжения, химическая стойкость и др. [1–5]. Структура кондесатов металлоподобных тугоплавких соединений — карбидов титана, циркония и ниобия и диборидов титана и циркония — описана мало. Имеются лишь сведения о фазовом составе осадка в опыте по испарению карбида ниобия и описание текстур конденсированных на графитовых подложках при температурах (800…1800) °С карбидов титана, циркония и ниобия. В настоящей работе приводятся результаты исследования структуры конденсатов TiC, ZrC, NbC, TiB2 и ZrB2 на стеклянных и ситалловых подложках.

Конденсаты TiC, ZrC, NbC, TiB2 и ZrB2 на диэлектрических подложках характеризуются высокой дисперсностью строения. Разрешение особенностей их структуры возможно только для толстых (20…30) мкм слоев, полученных осаждением при температурах (500…600) °С. Поверхности конденсатов отличаются развитостью и мелкозернистостью, кристаллиты, наблюдаемые в световом микроскопе при увеличении в 1350 раз, имеют вид округлых образований размером (1500…2600) Å. Точное определение размеров образований затруднено из‑за развитости поверхности.

Структура существенно меняется с изменением температуры подложки: ее рост приводит к увеличению размера кристаллитов. Конденсаты, получаемые при 500 оС, имеют на поверхности ограниченные кристаллические образования с заметной аксиальной ориентацией.

Для пленок диборидов титана и циркония толщиной (0.1…0.3) мкм отмечается склонность к образованию гранул. Отдельные гранулы отличаются кристаллическим строением, о чем свидетельствуют их электронограммы [6].

При наблюдении в оптическом микроскопе поверхностей конденсаторов тугоплавких соединений с толщинами (5…10) мкм, которые получены на подложках, нагретых до (350…450) оC, замечены трещины, имеющие иногда замкнутые границы. Возможно, что образование трещин связано с термическими напряжениями, вызываемыми градиентом температур в осажденном слое [7], взаимодействием конденсаторов с подложкой и некоторой несогласованностью их коэффициентов термического расширения. Нагрев подложек до 500 оС и выше обеспечивает такие условия осаждения, при которых трещин не образуется. Более низкотемпературные конденсаты (Тn < 300 оС) TiC, ZrC, NbC, TiB2 и ZrB2 отличаются рыхлым строением с низкой связью отдельных частичек, трещинообразование для них не установлено. Осаждение толстых слоев на ненагретых подложках приводит к росту усов.

Для Цитирования:
Гадалов, Ляхов, Ляхов, Изучение структурных и фазовых особенностей вакуумных конденсатов карбида циркония, ниобия и титана и диборидов титана и циркония. Главный механик. 2020;5.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: