Введение 4
Глава 1Аналитический обзор 6
1.1. Свойства, структура тонких пленок на основе диборида титана 6
1.2. Методы получения покрытий 15
1.3. Адгезия 28
Глава 2 Методики исследования свойств покрытий 40
2.1 Технология получения тонких пленок на основе слоев диборида титана
40
2.2. Исследование элементного состава методами рентгеноспектрального
микроанализа 44
2.3. Исследование структуры покрытий методами электронной
микроскопии 46
2.4. Исследование адгезионных характеристик 50
2.5. Исследование микротвердости 52
2.6. Исследование внутренних напряжений 55
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований, анализ полученных результатов 58
3.1. Результаты исследований покрытия T iB2 5 8
3.2. Анализ полученных результатов 64
Выводы 66
Список использованной литературы
Борид титана (TiB2), который известен как керамическое соединение обладает высокими механическими, физическими и химическими свойствами, а именно: высокая твердость, хорошие износостойкость и коррозионная стойкость, высокие электрическая и термическая проводимости и хорошей химической инертностью. Эти свойствагПВ2делают его перспективным для различных применений в качестве твердого покрытия, коррозионно-стойких покрытий и антидиффузантов в микроэлектронных устройствах.
Диборид титана может быть использован в виде тонких твердых покрытий для повышения эксплуатационных характеристик различных изделий. Покрытия ,ПВ2могут быть получены различными физическими методами распыления (PVD методами),среди которых магнетронное распыление считается наиболее приемлемым благодаря сравнительно высокой скорости и осаждения и сравнительно низкой температуре подложки. Однако имеются трудности использования покрытий наосновегПВ2 для коммерческих и инженерных применений. Большая проблема в том, что они являются слишком хрупкими и имеют плохую адгезию к подложке вследствие их инертности и высоких внутренних напряжений.
Объектом исследования являются тонкие покрытия на основе диборида титана сформированные на универсальной установке для нанесения PVD- покрытий, оснащенной импульсным источником металлической плазмы и магнетронной распылительной системой серии APEL-MRE 95-120.
Предметом исследования являются структура, микротвердость, внутренние напряжения и адгезионные свойства тонких покрытий диборида титана.
Целью данной работы является поиск новых путей повышения адгезии покрытий диборида титана к подложке, в частности применение магнетронных распылительных систем, работающих в несбалансированном режиме, а также сильноточных распылительных систем, работающих в импульсном режиме.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Составление аналитического обзора по теме исследования
2. Получение тестовых образцов для исследований
3. Освоение методик проведения эксперимента
4. Исследование структуры покрытий методами электронной микроскопии
5. Исследование элементного состава методами рентгеноструктурного микроанализа
6. Исследование микротвердости
7. Исследование адгезионной прочности
8. Исследование внутренних напряжений
9. Анализ полученных результатов
Научная новизна работы
Установлено, что адгезионные характеристики покрытий диборида титана на подложке из твердого сплава с подслоем титана и без него, полученных в несбалансированном режиме работы магнетрона, практически одинаковы и определяются критической нагрузкой 63 - 64 Н, что существенно превышают значения, приведенные в публикациях.
Анализируя полученные результаты исследований, можно сделать следующие вывoды:
1. Адгезионные характеристики покрытий диборида титана на подложке из твердого сплава с подслоем титана и без него, полученных в несбалансированном режиме работы магнетрона, практически одинаковы и определяются критической нагрузкой 63 - 64 Н, что существенно превышают значения, приведенные в публикациях.
2. Сбалансированный режим работы магнетрона позволяет увеличить скорость нанесения покрытия диборида титана, однако приводит к уменьшению адгезионной прочности.
3. Микротвердость покрытия диборида титана, полученного в сбалансированном режиме работы магнетрона, обладает меньшей микротвердостью, что связано с меньшей величиной ионного тока.
4. Результаты исследований были представлены на I Молодежной научно-практической конференции с международным участием "Естественнонаучные, инженерные и экономические исследования в технике, промышленности, медицине и сельском хозяйстве".
5. Внутренние напряжения в покрытии достигают значения 5,66 ГПа.
При отжиге происходит уменьшение внутренних напряжений, что связано со структурными изменениями и частичным окислением при температуре порядка 450 °C.