Структура та властивості міді і багатошарових плівок мідь-нікель, отриманих при імпульсному електролізі
Аналіз впливу режимів імпульсного струму на умови кристалізації міді. Дослідження структури і текстури мідних плівок, отриманих в імпульсних режимах електроосадження. Встановлення зв’язку між параметрами імпульсного струму та структурою мідних плівок.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 12.02.2014 |
| Размер файла | 41,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дніпропетровський державний університет
ГРИБОК Віолета Святославівна
УДК 539.2: 669.24
СТРУКТУРА ТА ВЛАСТИВОСТІ МІДІ І БАГАТОШАРОВИХ ПЛІВОК МІДЬ-НІКЕЛЬ, ОТРИМАНИХ ПРИ ІМПУЛЬСНОМУ ЕЛЕКТРОЛІЗІ
Спеціальність 01.04.07 - фізика твердого тіла
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Дніпропетровськ - 2000
Дисертацією є рукопис
Роботу виконано на кафедрі фізики Дніпропетровського державного технічного університету залізничного транспорту, Міністерства транспорту України.
Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Заблудовський Володимир Олександрович, Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту, професор кафедри фізики.
Офіційні опоненти: - доктор фізико-математичних наук, професор Брехаря Григорій Павлович, Запорізький державний університет, перший проректор;
- доктор фізико-математичних наук, доцент Башев Валерій Федорович, завідувач кафедри металофізики Дніпропетровського державного університету.
Провідна установа: Інститут металофізики НАН України (м. Київ).
Захист відбудеться “_13_” _____ жовтня ______2000 р. о __1330______годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 08.051.02 при Дніпропетровському державному університеті за адресою: 320052, м. Дніпропетровськ, пров. Науковий, 13.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Дніпропетровського державного університету.
Автореферат розісланий “__12_”_вересня____2000 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор І.М. Спиридонова
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. Підвищення міцності та корозійної стійкості, покращання захистно-декоративних властивостей матеріалів в даний час залишається актуальною проблемою. Одним із способів вирішення цієї проблеми являється нанесення на поверхню матеріалів тонких металевих покрить.
Розвиток мікроелектроніки веде до необхідності розробки нових і покращених процесів виробництва тонкоплівкових матеріалів, які б володіли необхідним комплексом фізичних властивостей.
Різноманітність матеріалів для виготовлення тонких шарів, що використовуються в тих чи інших цілях, привело до створення різноманітних методів їх нанесення, наприклад, таких як вакуумне випаровування, катодне розпилення, іонно-плазменне напилення, хімічне осадження та інші. Одним із найбільш економічних та технологічно простих методів отримання тонких металевих плівок являється електроосадження.
Традиційні методи електроосадження дозволяють змінювати властивості та структуру покрить завдяки розробці нових електролітів, введенню поверхнево-активних речовин, підігріванню та перемішуванню розчинів, що не завжди дає можливість отримувати покриття з необхідним комплексом властивостей.
Тому представляє інтерес імпульсний електроліз - один з найбільш ефективних способів електроосадження функціональних (з необхідним комплексом властивостей) покрить.
Змінюючи лише форми та параметри імпульсів струму, можна оперативно і просто керувати процесом осадження. Зміна параметрів імпульсного струму значно впливає на величину і швидкість зміни перенапруги катоду (), яка в свою чергу являється мірою пересичення (S) іонів металу, які розряджаються, і має значний вплив на формування структури металу, що осаджується.
Таким чином, вивчаючи вплив того чи іншого режиму імпульсного струму на структуру та властивості металу, що осаджується, та, комбінуючи їх в програми, які представляють собою набір пакетів імпульсного струму з різними режимами, можна отримати шаруваті матеріали з різноманітною структурою, текстурою та фазовим складом складових шарів.
Не менш важливою є можливість отримання різних металів із одного електроліту шляхом зміни режимів імпульсного струму. Це дозволяє отримувати біметалічні покриття з шаровою або острівковою структурою, що не завжди можливо отримати, наприклад, термовакуумним або катодним розпиленням. Даний напрям лише отримує свій розвиток в теорії і практиці імпульсного електроосадження, і йому належить майбутнє в рішенні задач формування функціональних покрить.
В даний час існує небагато відомостей про вплив імпульсного струму на структуру та властивості міді. Все ширше використання багатошарових структур, в конкретному випадку мідь-нікель, як високоміцних, корозійностійких, електропровідних та магніторезистивних матеріалів, потребує вдосконалення простих методів їх отримання.
Таким чином, дослідження впливу імпульсного струму на структуру та властивості міді, а також багатошарових структур мідь-нікель, являється актуальним.
Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є встановлення закономірностей формування мідних та мідно-нікелевих плівок під дією імпульсного струму для керування їх властивостями.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішення слідуючих задач:
Аналіз впливу режимів імпульсного струму на умови кристалізації міді.
Дослідження структури і текстури мідних плівок, отриманих в імпульсних режимах електроосадження.
Встановлення зв'язку між параметрами імпульсного струму та структурою мідних плівок.
Дослідження фізичних властивостей плівок міді, отриманих при імпульсному елекроосадженні, та встановлення залежності цих властивостей від режимів імпульсного струму.
Розробка програми імпульсного струму для отримання багатошарових мідних та мідно-нікелевих плівок.
Дослідження фізичних властивостей багатошарових плівок мідь-нікель і встановлення залежності цих властивостей від структури та товщини складових шарів.
Наукова новизна одержаних результатів.
Вперше шляхом зміни лише параметрів імпульсного струму структуру міді, осадженої із простого сульфатного електроліту, змінено в широкому діапазоні: стовпчаста крупнокристалічна, стовпчаста дрібнокристалічна, блочна, мікрошарова.
Встановлено вплив дії прямих та зворотних імпульсів струму на умови кристалізації міді, що пояснено відповідними значеннями величини та швидкості зміни катодного пересичення.
На основі запропонованої гомогенної моделі формування двомірних зародків у відповідному кристалографічному напрямку розраховано ймовірність їх утворення для міді у семи основних напрямках, чим пояснено експериментальні дані по текстурі.
Вперше з простого сульфатного електроліту програмованими режимами імпульсного струму отримано мідно-нікелеві плівки зі структурою, яка змінюється від мікрошарової (з різними фізичними властивостями і товщиною складових шарів) до структури острівкового типу.
В методі розрахунку міцності багатошарових біметалічних плівок запропоновано враховувати як ефект зміцнення матричних шарів, що викликано відмінністю пружних властивостей матричних та армуючих шарів, так і їх товщину.
Експериментально підтверджені теоретичні розрахунки міцності і електропровідності багатошарових плівок Cu-Ni.
Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи полягає у розробці ефективних режимів імпульсного струму для отримання мідних та мідно-нікелевих плівок з необхідним комплексом властивостей.
Шляхом зміни параметрів імпульсного струму можна в широкому діапазоні змінювати структуру міді. Це робить можливим застосування імпульсного електролізу для отримання міцних, дрібнокристалічних шарів міді як основи для інших металів; тонких, безпористих з необхідною електропровідністю мідних плівок для радіоелектронних пристроїв; мікрошарових, корозійностійких та міцних мідних плівок як захистно-декоративних покрить.
Практичний інтерес притягає також і можливість отримання за допомогою програмованого імпульсного електролізу мікрошарових мідно-нікелевих структур та структур “остівкового”типу. Шляхом зміни параметрів імпульсного струму в пачці та її продовженості можна керувати відповідно структурою та товщиною складових шарів.
Встановлено, що міцність отриманих багатошаровиків в значній мірі перевищує міцність сплавів з тією ж об'ємною часткою нікелю і залежить від товщини та структури складових шарів. Такі структури можуть застосовуватися як міцні, зносостійкі, пластичні (за рахунок малого вмісту нікелю) і достатньо електропровідні металічні покриття.
Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи докладені, обговорені і схвалені на:
III International conferens “Surface TREAT ment'97”, Oksford (UK), 1997;
конференції “Технологическое обеспечение работоспособности деталей машин, механизмов и инструмента”, Киев, 1997;
Мемориальном симпозиуме академика В.Н.Гриднева “Материалы и сплавы: фазовые превращения, структура и свойства”, Киев, 1998;
5 Asian Surface Finishing Forum, Seoul (Korea), 1998;
3rd International Symposium on Metallic Multilayers (MML'98), Canada, 1998;
другій міжнародній конференції “Наука і освіта `99”, Київ-Дніпропетровськ-Луганськ-Черкаси-Дніпродзержинськ, 1999;
конференції “Технологии ремонта машин,механизмов и оборудования”, Киев, 1999;
8th European Magnetic Materials and Applications Conference, Kyiv, 2000;
XVII Международной школе-семинаре “Новые магнитные материалы микроэлектроники”, Москва, 2000 г.
Крім того, матеріали дисертації неодноразово доповідалися на наукових семінарах кафедри фізики ДІІТу.
Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у п'яти наукових статтях, дев'яти тезах доповідей і рішенні про видачу патенту України на винахід, список яких наведено в кінці автореферату. Статті опубліковані у виданнях, які входять до затвердженого ВАК України переліку наукових видань.
Особистий внесок здобувача. У співавторстві опубліковано п'ять статей, патент на винахід і тези конференцій.
В роботі [1] спошукачем були запропоновані режими програмованого імпульсного струму для отримання багатошарових мідних плівок, досліджені їх електричні та механічні властивості.
Всі експериментальні дослідження структури та текстури міді, яка отримана при різних режимах імпульсного струму, були виконані та обгрунтовані спошукачем в роботі [2]. Крім цього була запропонована емпірична формула для розрахунку питомного опору міді в залежності від розміру блоків мозаїки та розрахований коефіцієнт дзеркального відображення.
Експериментальні дослідження мікротвердості та електроопору багатошарових структур мідь-нікель, результати якої наведені в роботі [3], були безпосередньо виконані та пояснені спошукачем.
В роботі [4] були запропоновані доповнення до відомого закону аддитивності міцнісних властивостей багатошаровиків і виведена загальна формула, яка враховує ефект зміцнення матричних шарів та їх товщину.
Власний вклад автора в роботі [5] полягає в тому, що ним були запропоновані відповідні режими імпульсного струму в пачках, які відповідають осадженню практично чистих шарів міді та нікелю із простого сульфатного мідно-нікелевого електроліту, а в роботі [6] - режими програмованого імпульсного струму, що відповідають осадженню багатошарових мідних плівок з різною структурою та текстурою складових шарів.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел і додатку. Загальний об'єм дисертації 153 сторінки, в тому числі 51 малюнок і 11 таблиць, список літератури із 141 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, наведено її основні положення та результати, показана наукова новизна та визначено практичне значення результатів досліджень.
У першому розділі наведено стислий огляд досліджень, пов'язаних з різноманітними методами отримання міді, приведені відповідні результати дослідження її структури та деяких фізичних властивостей. Найбільша увага приділена електролітичному методу осадження, в конкретному випадку нестаціонарному електролізу.
Показано, що застосування імпульсних режимів в основному приводить до зменшення розмірів блоків мозаїки, збільшенню дефектності кристалічної решітки, згладжуванню поверхні, що, відповідно, сприяє збільшенню міцності та питомого опору матеріалу. Наведені суперечливі результати багатьох авторів щодо міцності тонких мідних плівок в залежності від товщини.
Ряд робіт, наведених в літературному огляді, присвячено багатошаровим структурам, які отримані різними методами, наведено приклади їх застосування. Показано, що найбільший інтерес в останній час приділяється багатошаровим структурам, в частковому випадку острівковим, типу діелектрик-феромагнетик. Декілька із наведених робіт пов'язані зі способом електролітичного осадження багатошарових структур Cu-Ni на основі нікелю і їх механічними властивостями, а також приділено увагу широкому використанню мідно-нікелевих плівок як магніторезистивного матеріалу.
В другому розділі наведені умови отримання міді та багатошарових структур мідь-нікель, а також методи дослідження їх структури, субструктури та деяких фізичних властивостей.
Електроосадження міді проводили уніполярним, біполярним та програмованим імпульсним струмом із простого сульфатного електроліту при температурі розчину 293-297 К, який мав слідуючий склад, в г/л: CuSO4 х 5Н2О - 280; H2SO4 - 30 і кислотність рН=12. Частоту слідування імпульсів струму (f) змінювали від 30 до 1000 Гц; шпаруватість (Q - відношення періоду до тривалості імпульсу) - від 2 до 32; середню густину струму (j) залишали незмінною і рівною 200 А/м2. В ролі аноду використовували технічно чисту мідь, а в ролі катоду - поліровану нержавіючу сталь.
Для осадження багатошарових плівок мідь-нікель використовували програмований імпульсний струм з різною тривалістю пакетів імпульсів струму різного режиму. Відповідно використовуваний електроліт мав слідуючий склад, в г/л: CuSO4 х 5Н2О - 3; NiSO4 x 7H2O - 280; H3BO3 - 30 і кислотність рН=12.
Металографічні дослідження - морфологію поверхні та торцьового шліфу проводили за допомогою мікроскопів “МИМ” - 8” і “NEOPHOT-21”.
Дослідження субструктури, текстури та фазового складу проводили рентгеноструктурними методами на дифрактометрі ДРОН-2.0 в Со-випромінюванні. Дослідження мікроструктури проводили на електронному мікроскопі “TESLA BS 500”.
Вимірювання механічних властивостей проводили на мікротвердомірі “ПМТ-3” при навантаженні 0,20 Н і мікророзривній машині “Мі-44”. Електропровідність досліджували за допомогою мосту змінного струму Р5003 при частоті струму 1кГц.
Третій розділ присвячено вивченню впливу режимів імпульсного струму на умови кристалізації міді. Виявлено, що особливість кристалізації міді при імпульсному електролізі визначається як абсолютною величиною катодного пересичення, так і його часовою залежністю в кожному імпульсі струму. Основними параметрами імпульсного струму, які впливають на величину і швидкість зміни катодного пересичення, являються частота і шпаруватість імпульсів.
Як було встановлено, із зменшенням частоти імпульсів струму і збільшенням їх шпаруватості максимальне значення пересичення збільшується, що повинно відповідати більшій нерівноважності процесу кристалізації на катоді. Але при цьому в момент дії паузи протікає більш повільний спад катодного пересичення, що, в свою чергу, сприяє рівноважному процесу кристалізації. Крім цього, при деяких режимах імпульсного струму, наприклад, при частотах слідування імпульсів f 30 Гц шпаруватістю Q = 32, як видно із рис.1, спостерігається ділянка кривої потенціал - час, де величина перенапруги не змінюється з часом (приймає стаціонарне значення), що відповідає умовам осадження при постійному струмі.
Таким чином, існують оптимальні режими імпульсного струму, при яких умови кристалізації будуть найбільш нерівноважними.
Пригнічення кристалізації металу в момент дії паузи можна досягти шляхом збільшення швидкості скиду величини перенапруги катоду, що вдалося здійснити за допомогою використання зворотніх імпульсів струму. Але, як було встановлено, їх використання може мати подвійний вплив на формування структури міді. З однієї сторони, якщо потенціал катоду спадає не нижче свого стаціонарного значення, завдяки великій швидкості скиду потенціалу процес кристалізації буде більш нерівноважним, - фіксується структура міді, що сформувалася в момент дії імпульсу струму. Якщо ж значення потенціалу буде заходити у негативну область, то відбудеться розчинення найбільш активних ділянок поверхні, які сформувалися в момент дії прямого імпульсу струму. Це приведе до вирівнюваня концентрації іонів металу в прикатодному шарі, що буде сприяти утворенню більш рівноважних умов кристалізації міді.
Таким чином, експериментальним шляхом для різних режимів імпульсного струму були встановлені граничні значення густини струму зворотніх імпульсів, які відповідають за той чи інший характер їх впливу на умови кристалізації міді.
Четвертий розділ присвячений дослідженню структури та властивостей міді, отриманих імпульсним струмом.
При переході від постійного до імпульсного струму характер росту міді взагалі не змінюється - спостерігається стовпчастий ріст (рис.3а, 3б), але для міді, що осаджена при імпульсному струмі, кожний із “стовпчиків” складається з множини паралельних підкладці пластин (рис.3б).
Використання імпульсних режимів при електроосадженні міді приводить також і до зміни її субструктури. Для найбільш жорстких умов кристалізації розмір блоків мозаїки зменшився в порівнянні з постійним струмом від 450 до 130 нм, величина густини дислокацій досягала 1012см-2, а концентрація дефектів упаковки-67%. Для цих режимів спостерігалися найбільші значення мікротвердості (Н=1800 МПа) та питомого опору (=2,810-8 Омм).
Використання біполярного струму із значенням густини струму зворотних імпульсів меншим граничного характер росту в поперечному зрізі не змінює, але приводить до зменшення блоків мозаїки, які досягають значення 90 нм.
В іншому випадку, коли jзв. jзв.гр. , в поперечному зрізі спостерігається блочна структура (рис.3в), розмір блоків мозаїки збільшується. Поряд з малою величиною питомого опору (=1,910-8 Омм) спостерігається достатньо велике значення мікротвердості (Н=1100 МПа).
Осадження міді за допомогою програмованого імпульсного струму приводить до утворення в поперечному зрізі шаруватої структури (рис.3г), мікротвердість якої зростає до 2200 МПа.
Згідно рентгенографічним дослідженням при переході від постійного струму до імпульсного відбувається перерозподіл інтенсивності дифракційних максимумів - найбільша інтенсивність відповідає дифракційному максимуму, що відповідає відображенню від кристалографічних площин (111) і (220). До того ж, із збільшенням шпаруватості імпульсів інтенсивність максимуму (220) зростає. Подібному ефекту відповідає і використання зворотніх імпульсів струму і при jзв. j.гр.зв. інтенсивність дифракційного максимуму (220) стає максимальною. Згідно текстурним дослідженням формується аксіальна текстура типу <110>.
На основі запропонованої моделі формування двомірних зародків у відповідному кристалографічному напрямку було розраховано ймовірність їх утворення у семи кристалографічних напрямках в залежності від перенапруги катоду, чим і пояснено відповідні текстурні дані міді, отриманої у різних режимах електроосадження.
У п'ятому розділі було досліджено структуру та властивості багатошарових плівок Cu-Ni. Трудність отримання шарів міді і нікелю із одного простого сульфатного електроліту полягає в тому, що потенціали їх виділення сильно відрізняються. Цю проблему вдалося вирішити завдяки використанню програмованого імпульсного струму. Дія низькочастотного з великою шпаруватістю і густиною струму пакетів імпульсів струму сприяє осадженню шару нікелю, а високочастотного пакету з малою шпаруватістю і густиною струму - осадженню шару міді. Таким чином були отримані багатошарові структури Cu-Ni з різною товщиною і структурою шарів.
Було запропоновано теоретичну модель розрахунку міцності багатошарової структури, яка враховує ефект зміцнення як за рахунок одночасної деформації матричних і армуючих шарів, так і за рахунок зменшення товщини шарів. На заміну закону адитивності, який використовувався раніше для розрахунку міцності композиційних структур, була запропонована слідуюча формула
(1)
при умовах, що
(2)
де f, m - границі міцності масивних армуючого і матричного матеріалів; Vf - об'ємна доля армуючого матеріалу; tf і tm - границі текучості армуючого і матричного компонентів (tf' і tm' - розраховуються аналогічно умовам (2)); hf і hm - товщина армуючого і матричного шару; Ef і Em - їх модулі пружності; Gm - модуль жорсткості матричного шару; - деформація багатошарової плівки; bm - вектор Бюргерса.
Теоретично побудовані відповідно з формулою (1) графіки залежності задовільно узгоджуються з отриманими експериментально даними.
Окрім механічних властивостей були також досліджені електричні властивості багатошарових плівок Cu-Ni. На основі теоретичної моделі електропровідності багатошарових структур досліджено функцію розподілу електронів на межі поділу шарів міді та нікелю. Встановлено залежність питомої електропровідності багатошарових плівок мідь-нікель від товщини шарів міді та її об'ємної частки у плівці. Згідно експериментальним даним, із зменшенням товщини складових шарів міді при певних значенях їх об'ємної частки у плівці (Vm) електропровідність багатошаровика збільшується, досягаючи максимумів: ML=4,3107(Омм)-1 при Vm=0,9, ML=3,9107(Омм)-1 при Vm=0,8 та ML=2,7107 (Омм)-1 при Vm=0,5.
У шостому розділі розглядаються найбільш оптимальні параметри імпульсного струму для отримання мідних та мідно-нікелевих структур з комплексом фізичних властивостей.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
У роботі досліджено структуру і властивості мідних плівок, отриманих в імпульсних режимах електроосадження. Встановлено закономірності зміни структури міді в залежності від параметрів імпульсного струму. Запропоновано програму імпульсного струму для отримання багатошарових мідно-нікелевих структур. Теоретично та експериментально досліджено механічні та електричні властивості багатошарових плівок мідь-нікель. В ході виконання роботи отримані слідуючі результати:
1. Встановлено, що завдяки зміні параметрів імпульсного струму, структуру міді, осадженої із простого сульфатного електроліту, може бути змінено в широкому діапазоні: стовпчаста крупнокристалічна, стовпчаста дрібнокристалічна, блочна, мікрошарова.
2. Дія імпульсного уніполярного струму, в порівнянні з постійним струмом, при електроосадженні міді сприяє утворенню більш дрібнокристалічних та високодефектних структур. Розмір блоків мозаїки зменшується відповідно від 500 до 130 нм, густина дислокацій зростає від 1010 до 1011-1012 см-2 , концентрація дефектів упаковки - від 23 до 78%.
3. Для найбільш жорстких режимів імпульсного струму, механічні та електричні властивості мідних плівок мають екстремуми, що пояснюється дрібнокристалічною, високодефектною, стовпчасто-шаровою структурою, яка характерна при електроосадженні міді при даних режимах. Для значень шпаруватості 32 і частоти 100 Гц максимуми мікротвердості та питомого електоопору відповідно рівні 1800 МПа і 2,810-8 Омм.
4. Вплив біполярного імпульсного струму на структуру міді носить подвійний характер. При одних параметрах зворотних імпульсів струму фіксується структура, яка сформувалася в момент дії прямого імпульсу струму (розмір блоків мозаїки зменшується до 90 нм), а при інших - формується більш рівноважна, крупнокристалічна структура міді, для якої поряд з малою величиною питомого електроопору (=1,910-8Омм), спостерігається достатньо велике значення мікротвердості (Н=1100 МПа).
5. Встановлено, що дія низькочастотних пакетів імпульсного струму з великою шпаруватістю і густиною сприяє осадженню шарів нікелю, а високочастотних пакетів імпульсного струму з малою шпаруватістю і густиною - осадженню шарів міді. Комбінуючи високочастотні та низькочастотні пакети імпульсного струму в програми були отримані багатошарові плівки мідь-нікель з різною структурою та товщиною складових шарів.
6. В методі розрахунку міцності багатошарових плівок Cu-Ni запропоновано враховувати зміцнення матричних (мідних) шарів за рахунок відмінності пружних властивостей матричних та армуючих (нікелевих) шарів, а також їх товщину. Експериментально отримані значення міцності багатошарових мідно-нікелевих плівок задовільно узгоджуються з теоретично розрахованими .
7. На основі моделі електропровідності багатошарових структур досліджено функцію розподілу електронів на межі поділу шарів міді та нікелю. Встановлено, що на електропровідність багатошарових біметалічних плівок впливає як товщина, так і співвідношення товщин складових шарів.
8. Запропоновано режими імпульсного струму, які дозволяють отримувати мідні та мідно-нікелеві плівки зі слідуючим комплексом властивостей: високоміцні, пластичні, достатньо електропровідні та безпористі.
кристалізація мідь електроосадження імпульсний
СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Заблудовский В.А., Штапенко Э.Ф., Грибок В.С. Структура, фазовый состав и свойства металлических многослойников, полученных программным импульсным током // Металлофизика и новейшие технологии.-1998.-Т.20, №1.-С.65-68.
2. Грибок В.С., Заблудовский В.А. Структура и свойства электролитических медных покрытий, полученных в импульсных режимах // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998. - Т.20, №9. - С.53-57.
3. Zabludovsky V.A. and Gribok V.S. Physical properties of Ni-Cu microlayer films obtained by pulse electrolysis // Transaction of the Institute of Metal Finishing. - 1999. - V.77, №2. - P.89-90.
4. Грибок В.С., Заблудовский В.А. Расчет и экспериментальная проверка прочностных свойств металлических многослойных пленок Cu-Ni // Металлофизика и новейшие технологии. -2000. - Т.22, №6. - С. 50-55.
5. Zabludovsky V.A., Shtapenko E.F., Gribok V.S., Ganich R.Ph., Gulivets A.N. and Gadzilov M.V. The application of Program-Controlled Pulsed Current for Obtaining Metallic Coatings wits Spesific Properties // Transaction of the Institute of Metal Finishing. - 2000. - V.78, №3. - P.110-112.
6. Рішення про видачу патенту України на винахід. МПК 6 С25Д 5/18. Спосіб електроосадження багатошарових металевих покрить / Заблудовський В.О., Штапенко Є.П., Пічугіна Н.В., Грибок В.С. Заява 21.11.97, №114379. Рішення від 16.11.98.
7. Zabludovsky V.A., Shtapenko E.F., Gribok V.S. Production of Highstrengh metal Films by the Programme-controlled Pulse Current // 3th Internation Cons. “Surface treatment 97”- Oxford -1997. - P.9.
8. Заблудовский В.А., Штапенко Э.Ф., Грибок В.С. Электроосаждение функциональных металлических покрытий программным импульсным током// Тезисы докладов конференции “Технологическое обеспечение работоспособности деталей машин, механизмов и инструмента”- Киев.-1997.
9. Zabludovsky V.A., Gribok V.S., Balashov B.H. Electrical propertion of copper multilayers produced by pulsed electrolysis// 5th Asian Surface Finishing Forum “Asian Finish'98” - Seoul (Korea). 1998. - P.1.
10. Заблудовский В.А., Грибок В.С., Балашов Б.М. Структура и свойства многослойников Ni-Cu-сплав (Ni-Cu), полученных при импульсном электролизе // Тезисы докладов мемориального симпозиума акад. В.Н.Гриднева “Металлы и сплавы: фазовые превращения, структура и свойства”. - Киев: ИМФ НАН Украины. - 1998. - С.74.
11. Zablydovsky V. A., Gribok V. S., Balashov B. M. Structure and elecrical properties of copper multilayer produced by pulsed electrolisis// 3rd International Symposium on Metallic multilayers (MML'98).-Canada.-1998.-P.394.
12. Заблудовский В.А., Грибок В.С., Ганич Р.Ф. Прочностные свойства микрослоистых пленок Cu-Ni, полученных в импульсных режимах электроосаждения// Тезисы докладов конференции “Технологии ремонта машин, механизмов и оборудования”.-Киев.-1999.-C.47.
13. Заблудовский В.А., Штапенко Э.Ф., Грибок В.С., Ганич Р.Ф. Особенности формирования структуры металлических пленок в импульсных режимах электроосаждения// Тези доповідей Другої Міжнародної конференції “Наука і освіта'99”. - Київ-Дніпропетровськ-Луганськ-Черкаси-Дніпродзержинськ.- 1999.-т.2.-C.30-31.
14. Zabludovsky V.A., Gribok V.S., Ganich R.Ph., Gulivets A.N. Preparation of multilayer Cu-Ni films for GMR// 8ts European Magnetic Materials and Applications Conference.- Kyiv.-2000.- P.81.
15. Заблудовский В.А., Штапенко Э.Ф., Грибок В.С., Гуливец А.Н., Ганич Р.Ф., Гаджилов М.В. Магнитные многослойные пленки, полученные программным импульсным электролизом / Новые магнитные материалы микроэлектроники. Сборник трудов XVII Международной школы-семинара. Москва, 2000 г. - С.56-58.
АНОТАЦІЇ
Грибок В.С. Структура та властивості міді і багатошарових плівок мідь-нікель, отриманих при імпульсному електролізі.-Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07-фізика твердого тіла, Дніпропетровський державний університет, Дніпропетровськ, 2000.
Захищається 17 наукових робіт. В дисертації досліджено вплив режимів імпульсного струму на умови кристалізації міді. Показано, що окрім абсолютного значення величини катодного пересичення на формування структури значно впливає і швидкість її зміни. Використання уніполярного, біполярного та програмованого імпульсного струму дозволяє змінювати структуру міді в поперечному перерізі у широкому діапазоні: стовпчаста крупнокристалічна, стовпчаста дрібнокристалічна, блочна, мікрошарова. В залежності від параметрів імпульсного струму в роботі досліджено електричні та механічні властивості електроосадженої міді. Програмованим імпульсним струмом, із одного електроліту отримано багатошарові плівки Cu-Ni з різною товщиною та структурою відповідних шарів. Проведено теоретичний розрахунок та експериментальна перевірка міцності та електричних властивостей цих плівок. На основі проведених досліджень запропоновані найбільш оптимальні режими отримання багатошарових мідних і мідно-нікелевих плівок з необхідним комплексом властивостей.
Ключові слова: пересичення, структура, рентгеноструктурний аналіз, міцність, електропровідність, багатошаровики.
Gribok V.S. The structure and properties of copper and copper-nicel multilayer films, obtained by pulsed electrolysis.
Thesis for a candidate degree by specialyte 01.04.07-solid state physics.- Dniepropetrovsk State University. Dniepropetrovsk 2000.
The seventeen works are presented. The influence of pulse current regims on the condition of the crystalisation have been stadied. The maximum magnitude of cathode supersaturation parallel with the rate of its changing is found to have an essential influence on forming the structure copper. Is establishment, thet the use of unipolar, bipolar and program-controlled pulse current allows to changed of structures crossection of the copper in wide range: columnic large crystallite, columnic small crystallite, mosaice, microlayer. The electrical and mechanical properties is investigation wich depend from parameters of pulse current. The multilayer bemetallic films Cu-Ni with different thickness and structure of layers was obtained from sulphate electolyte by use of program-controlled pulse current. The theoretical calculation and experimental control of microhardness and electrical properties was made. The optimal regimes of obtaining multilayers Cu-Ni films with complect propertions was proposed.
Key words: supersaturation, structure, X-ray structures analysis, hardness, electroconductivity, multilayers.
Грибок В.С. Структура и свойства меди и многослойных пленок медь-никель, полученных при импульсном электролизе. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела.- Днепропетровский государственный университет, Днепропетровск, 2000.
Защищается 17 научных работ. В диссертации исследовано влияние режимов импульсного тока на условия кристаллизации меди. Показано, что помимо абсолютного значения величины катодного пересыщения на формирование структуры немаловажную роль оказывает и скорость ее изменения. Использование униполярного импульсного тока позволяет получать мелкокристаллическую высокодефектную структуру меди с размером блоков мозаики 130 нм и количеством дефектов упаковки 67%, в поперечном сечении характерной является столбчасто-послойный рост. Установлено, что в зависимости от режимов обратных импульсов тока, их влияние на формирование структуры двояко. При переходе к биполярному импульсному току с плотностью обратных импульсов тока jобр. jобр.гран. размер блоков мозаики уменьшается, достигая значения 90 нм; характер роста в поперечном сечении не изменяется. С увеличением jобр.> jобр.гран, в поперечном сечении характерной становится блочная (крупнокристаллическая) структура. Использование программного импульса тока позволило получить микрослоистую медь. В зависимости от параметров импульсного тока в работе исследованы электрические и механические свойства электроосажденной меди. Используя программный импульсный ток, из одного сульфатного электролита были получены многослойные биметаллические пленки Cu-Ni с различной толщиной и структурой соответствующих слоев. Проведен теоретический расчет и экспериментальная проверка прочностных и электрических свойств этих многослойных пленок. Предложена эмпирическая формула для расчета прочности многослойных пленок Cu-Ni, учитывающая эффект упрочнения слоев (за счет разности модулей упругости матричного и армирующего материла), их толщину и структуру.
На основании проведенных исследований предложены наиболее оптимальные режимы получения многослойных медных и медно-никелевых пленок с необходимым комплексом свойств.
Ключевые слова: пересыщение, структура, рентгеноструктурный анализ, прочность, электропроводность, многослойники.
Размещено на Allbest.ur
...Подобные документы
Розмірні і температурні ефекти та властивості острівцевих плівок сплаву Co-Ni різної концентрації в інтервалі товщин 5-35 нм та температур 150-700 К. Встановлення взаємозв’язку морфології, структури та електрофізичних властивостей надтонких плівок.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 12.12.2011Електрофізичні властивості гранульованих плівкових сплавів в умовах дії магнітного поля. Дослідження електрофізичних властивостей двошарових систем на основі плівок Ag і Co, фазового складу та кристалічної структури. Контроль товщини отриманих зразків.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 08.07.2014Феромагнітні речовини, їх загальна характеристика та властивості. Магнітна доменна структура, динаміка стінок. Аналіз впливу магнітного поля на електричні і магнітні властивості феромагнетиків. Магніторезистивні властивості багатошарових плівок.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 15.10.2013Дослідження функцій, які описують спектри модуляційного фотовідбивання; експериментально отримано спектри модуляційного фотовідбивання для епітаксійних плівок; засобами пакету MatLab апроксимовано експериментальні спектри відповідними залежностями.
курсовая работа [815,3 K], добавлен 08.06.2013Характеристика основних вимог, накладених на різні методи одержання тонких діелектричних плівок (термовакуумне напилення, реактивне іонно-плазмове розпилення, термічне та анодне окислення, хімічне осадження) та визначення їхніх переваг та недоліків.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 12.04.2010Види магнітооптичних ефектів Керра. Особливості структурно-фазового стану одношарових плівок. Розмірні залежності магнітоопіру від товщини немагнітного прошарку. Дослідження кристалічної структури методом електронної мікроскопії та дифузійних процесів.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 19.04.2016Взаємодія заряджених частинок з твердим тілом, пружні зіткнення. Види резерфордівського зворотнього розсіювання. Автоматизація вимірювання температури підкладки. Взаємодія атомних частинок з кристалами. Проведення структурних досліджень плівок.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 21.05.2015Сутність технології GаАs: особливості арсеніду галію і процес вирощування об'ємних монокристалів. Загальна характеристика молекулярно-променевої епітаксії, яка потрібна для отримання плівок складних напівпровідникових з’єднань. Розвиток технологій GаАs.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 25.10.2011Поняття змінного струму. Резистор, котушка індуктивності, конденсатор, потужність в колах змінного струму. Закон Ома для електричного кола змінного струму. Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги. Визначення теплового ефекту від змінного струму.
лекция [637,6 K], добавлен 04.05.2015Діючі значення струму і напруги. Параметри кола змінного струму. Визначення теплового ефекту від змінного струму. Активний опір та потужність в колах змінного струму. Зсув фаз між коливаннями сили струму і напруги. Закон Ома в комплекснiй формi.
контрольная работа [451,3 K], добавлен 21.04.2012Характеристики та класифікація напівпровідників. Технологія отримання напівпровідників. Приготування полікристалічних матеріалів. Вплив ізохорного відпалу у вакуумі на термоелектриці властивості і плівок. Термоелектричні властивості плюмбум телуриду.
дипломная работа [4,4 M], добавлен 09.06.2008Визначення дослідним шляхом питомого опору провідника та температурного коефіцієнту опору міді. Вимірювання питомого опору дроту. Дослідження залежності потужності та ККД джерела струму від його навантаження. Спостереження дії магнітного поля на струм.
лабораторная работа [244,2 K], добавлен 21.02.2009Методи добування наночастинок. Рентгенофазовий аналіз речовини. Ніхром та його використання. Рентгеноструктурні дослідження наночастинок, отриманих методом вибуху ніхромових дротинок. Описання рефлексу оксиду нікелю NiO за допомогою функції Гауса.
курсовая работа [316,6 K], добавлен 24.05.2015Кристалічна структура металів та їх типові структури. Загальний огляд фазових перетворень. Роль структурних дефектів при поліморфних перетвореннях. Відомості про тантал та фазовий склад його тонких плівок. Термодинамічна теорія фазового розмірного ефекту.
курсовая работа [8,1 M], добавлен 13.03.2012Розрахунок значення струму та напруги на всіх елементах резистивного кола методами суперпозиції, еквівалентних перетворень, еквівалентних джерел та вузлових потенціалів. Перевірка отриманих результатів за законами Кірхгофа та умовою балансу потужностей.
курсовая работа [655,5 K], добавлен 15.12.2015Визначення вхідної напруги та коефіцієнтів заповнення імпульсів. Визначення індуктивності дроселя і ємності фільтрувального конденсатора. Визначення струмів реактивних елементів. Розрахунок підсилювача неузгодженості, широтно-імпульсного модулятора.
курсовая работа [13,9 M], добавлен 10.01.2015Розрахунок та дослідження перехідних процесів в однофазній системі регулювання швидкості (ЕРС) двигуна з підлеглим регулювання струму якоря. Параметри скалярної системи керування електроприводом асинхронного двигуна. Перехідні процеси у контурах струму.
курсовая работа [530,2 K], добавлен 21.02.2015Основні фізичні поняття. Явище електромагнітної індукції. Математичний вираз миттєвого синусоїдного струму. Коло змінного синусоїдного струму з резистором, з ідеальною котушкою та конденсатором. Реальна котушка в колі змінного синусоїдного струму.
лекция [569,4 K], добавлен 25.02.2011Перетворення у схемі; заміна джерела струму на еквівалентне; система рівнянь за законами Кірхгофа. Розрахунок струмів холостого ходу методами двох вузлів, вузлових потенціалів і еквівалентного генератора; їх порівняння. Визначення показань вольтметрів.
курсовая работа [85,3 K], добавлен 30.08.2012Енергетична взаємодія системи перетворювального обладнання тягової підстанції постійного струму із системою зовнішнього електропостачання. Фізичне та комп’ютерне моделювання випрямлення електричної енергії у несиметричних режимах, зіставлення результатів.
дипломная работа [10,0 M], добавлен 18.05.2015
