Subscription request:

podpiska@panor.ru

For all questions:

+7 495 274-22-22

UDK: 621.793.14

Vacuum condensates of carbides of zirconium, niobium and titanium and diborides of titanium and zirconium: study of structural and phase features

Gadalov V.N. PhD in Engineering and Technology, Professor, South-West State University, Kursk
Lyakhov A.V. PhD Candidate in Engineering and Technology, Deputy Director, Kursk Electromechanical College, Kursk
Lyakhov V.I. PhD Candidate in Engineering and Technology, Associate Professor, South-West State University, Kursk

The structure and phase composition of vacuum condensates of carbides of zirconium, niobium, and titanium, diborides of titanium and zirconium have been studied using the methods of metallography, electron microscopy, electron diffraction, and X-ray diffraction. It is determined that the evaporation of these materials in vacuum (2...3)10[sup]-5[/sup] mm Hg and subsequent condensation with velocity of (0.1...2) μm/min is not accompanied by a change in phase composition. The layers deposited on smooth dielectric substrates at (200...700) °C have a dispersed polycrystalline structure and axial orientations. Titanium, zirconium and niobium carbides and titanium and zirconium diobrides powders with compositions close to stoichiometric ones were used as starting materials. Electron microscopic studies have been performed to identify morphological features of the films of high-melting compounds. After their examination it is seen that with an increase in the thickness of the film, an increase in the degree of crystallinity occurs. Films with a thickness of 0.2 μm have a surface on which with a magnification of 10[sup]3[/sup] times it is impossible to detect any crystalline formations; appearance of extremely small tubercles, which are separate crystallites, is observed with increasing film thickness to (0.6 ... 0.98) microns.

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.

For citation:
Gadalov V.N., Lyakhov A.V., Lyakhov V.I., Vacuum condensates of carbides of zirconium, niobium and titanium and diborides of titanium and zirconium: study of structural and phase features. Chief Mechanical Engineer. 2020;5.
The full version of the article is available for subscribers of the journal
Article language:
Actions with selected: