Введение 4
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1 Мартенситные превращения и эффект памяти формы в сплавах с
памятью формы 6
1.2 Получение тонких плёнок TiNi 11
1.3 Мартенситные превращения и эффект памяти формы в тонких
плёнках сплавов на основе TiNi 15
Глава 2. Цели и методики 20
2.1 Цели и задачи 20
2.2 Объекты и методика 21
Глава 3. Результаты 24
3.1 Изменение деформации при охлаждении и нагреве композитов
TiNi/Каптон 24
3.2 Эффект памяти формы в композитах «TiNi/Каптон» после
предварительного изгиба в мартенситном состоянии 26
3.3 Изменение деформации при нагревании и охлаждении композитов
«TiNi/Каптон» под нагрузкой 32
Заключение 35
Список использованной литературы 36
Сплавы с эффектом памяти формы (СЭПФ) являются функциональными материалами, способным развивать большие усилия и восстанавливать деформацию, то есть совершать работу против внешних сил в процессе реализации эффекта памяти формы при нагреве. Таким образом, СЭПФ способны напрямую преобразовывать тепловую энергию в механическую. Благодаря этому они находят применение в качестве рабочего тела различных приводов. Приводы на основе СЭПФ выгодно отличаются от традиционных: малыми габаритами и весом изделия, простотой конструкции и высокой надёжностью. При этом они легко масштабируются, что делает их незаменимыми при создании микро-электро-механических систем (МЭМС). Стоит заметить, что микроприводы должны обладать столь малыми размерами, что применять какую-либо механическую обработку в их производстве крайне неэффективно, поэтому в их получении применяют различные методы литографии. В этом случае заготовкой может служить, например, тонкая плёнка СЭПФ нанесённая на подложку. Для получения тонких плёнок в настоящее время для этого применяются различные способы осаждение газового или плазменного облака металла на подложку, в дальнейшем подложка может быть удалена или играть роль упругого слоя необходимого для многократного срабатывания микропривода. Существующие методы получения тонких покрытий из СЭПФ отличаются в первую очередь способом испарения исходной заготовки металла с целью дальнейшего его осаждения на мишень. Перечислим основные из них: магнетронное распыление, метод искрового испарения, термическое испарение и метод испарения электронным пучком. Каждый из этих методов обладает своими особенностями, которые будут описаны в разделе 1.2.
Для эффективного применения СЭПФ в качестве рабочего тела привода, необходимо чтобы температуры мартенситных превращений были выше температуры окружающей среды, таким является сплав TiNi эквиатомного состава. Также сплав TiNi отличается высокими значениями 4
величин эффектов памяти формы и реактивных напряжений, высокой коррозионной и износостойкостью, единственным же недостатком данных сплавов является их относительная высокая стоимость. Однако в случае получения тонких плёнок, масса исходного материала настолько мала, что стоимость исходного сырья играет лишь незначительную роль в цене конечного изделия. Поэтому сплавы на основе TiNi на текущий момент являются лучшим выбором при создании МЭМС. Исследователями из Индии в университете Индор удалось получить гомогенные покрытия сплава TiNi на подложке из полиимидной плёнки рекордной толщины менее 500 нм. Однако исследования особенностей реализации эффектов памяти формы в данных плёнках проведено до сих пор не было.
В связи с этим, особенную актуальность приобретает исследование функциональных свойств композитных наноплёнок TiNi/Kapton (сплав никелида титана/Каптон), что и явилось целью данной выпускной квалификационной работы бакалавра.
В рамках выпускной работы бакалавра было выполнено сравнительное исследование функциональных свойств композитных плёнок TiNi/Каптон, полученных различными методами. По результатам работы можно сделать следующие выводы:
1. После осаждения тонкий слой сплава TiNi обладает аморфной или аморфно-кристаллической структурой во всех образцах. В результате термообработки слой TiNi приобретает кристаллическую структуру и способен проявлять эффекты памяти формы.
2. Эффект памяти формы в композитах, в которых слой TiNi осажден методом термического испарения, не обнаружен вследствие малой толщины слоя TiNi.
3. Композиты TiNi/Каптон, полученные методом мгновенного испарения,
демонстрируют эффект памяти формы после предварительного деформирования в температурном интервале 40 ^ 85 °C. Наибольшее значение обратимой деформации 1.8 % получено при заданной
деформации 2.9%
4. Композиты TiNi/Каптон, полученные методом электронно-лучевого
испарения, демонстрируют эффект памяти формы после предварительного деформирования в интервале 40 ^ 95 °C.
Наибольшее значение обратимой деформации 2% получено при заданной деформации 2.4%. Данные композиты обладают лучшими функциональными свойствами.
5. Обратимый эффект памяти формы не был обнаружен ни в одном из композитов.
6. Ползучесть полимерного слоя композитной плёнки препятствует изменению обратимой деформации при нагревании и охлаждении под нагрузкой.
