Штамм и деформация в ультратвердых нанокомпозитах nc-TiN/a-BN при гидростатическом давлении
Измерение изотропной и двуосной деформации в нанокомпозитах nc-TiN/a-BN, полученных путем плазменного химического осаждения из паровой фазы. Применение магнетронного распыления на подложках из простой стали для получения высокочистых твердых материалов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.06.2018 |
| Размер файла | 15,8 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/
СамГТУ
Штамм и деформация в ультратвердых нанокомпозитах nc-TiN/б-BN при гидростатическом давлении
Тарасов А.С.
Салманов С.В.
Самара
Твердость или сопротивление деформации при вдавливании алмаза составляет 70-100 ГПа, что является самым высоким из любого природного материала. Это происходит из-за высокой прочности углерод-углеродной связи и трехмерной опорной конструкции, представленной ее тетраэдрической геометрии соединения. Из-за их твердости и термической стабильности алмазы и алмазные инструменты могут использоваться в условиях, когда другие материалы не сработают. Однако алмаз имеет ряд практических ограничений. Это дорогостоящий и все же довольно сложный осадок в виде тонких покрытий. Нельзя использовать алмаз для обработки стали и других карбидообразующих металлов, потому что углеродные сплавы взаимодействуют с этими материалами при высокой температуре. По этой причине было предпринято много усилий для обнаружения новых «сверхтвердых» покрытий, которые имели бы твердость порядка твердости алмаза [1,2]. Значительное внимание было уделено тонким пленкам нитридов переходных металлов, карбидов и боридов. Подобно алмазу, эти материалы имеют прочную сеть связей и, следовательно, по своей сути резистивные к деформации. изотропный нанокомпозит магнетронный распыление
В то время как тонкие пленки нитридов, боридов и карбидов переходных металлов оказались довольно твердыми (твердость ? 20-30 ГПа), их твердость может быть значительно увеличена путем подготовки пленок таким образом, чтобы осаждать кристаллы наноразмерного кристалла, например, TiN. Эти нанокристаллы отделены друг от друга и соединены вместе «тканью» Si3N4, BN или другого неметаллического ковалентного нитрида толщиной
микрометровых пленок nc-MnN/a-Si3N4, nc-TiN/a-Si3N4 или nc-TiN/a-BN (где nc = нанокристаллические, a = рентгеновские аморофные) достигают твердости по Виккерсу 40-100 ГПа, сравнимой с твердостью алмаза [2-4]. В дополнение к высокой твердости эти материалы также демонстрируют высокую упругую регенерацию (при деформации > 10%), высокую устойчивость к образованию трещин, высокую прочность на растяжение (10-40 ГПа, приближающуюся к идеальной прочности безрезонансных материалов), имеют высокая термостойкость до ?1100 ?C против укрупнения и сопутствующее снижение твердости.
Понимание механизма пластической деформации и, следовательно, происхождение высокой твердости в этих материалах требует большего изучения. Из-за малого размера кристаллов дислокационная активность или пластичность кристалла в этих материалах отсутствуют. Поэтому было высказано предположение, что по аналогии с металлическими стеклами пластическая деформация происходит в аморфной «жидкоподобной» ткани (Si3N4 или BN) путем позиционного обмена атомов способом, подобным моделям Денга и др. [5]. В отличие от коллоидных нанокристаллов, нанокристаллы TiN в сверхтвердых нанокомпозитах сильно связаны через эту ткань. Изменения в одном нанокристаллите окажут влияние на окружающие.
В этом исследовании мы измерили изотропную и двуосную деформацию в нанокомпозитах nc-TiN/a-BN, полученных путем плазменного химического осаждения из паровой фазы (P-CVD) [4], чтобы выяснить, можем ли мы отделить эти эффекты. около одного монослоя [2-4]. Несколько нанокомпозитных
Таблица 1. Характеристика состава и свойств образцов, используемых для исследований XRD высокого давления
|
Образец (состав) |
Pro210302 (TiN-PVD) |
HF140502 (TiN-PCVD) |
HF220702 (nc- TiN/a-BN PCVD) |
HF230702 (nc- TiN/a-BN PCVD) |
|
|
[B] (ат.%) (из потока) |
0 |
0 |
5,6 |
5,6 |
|
|
Толщина(мкм) |
10,2 |
18,5 |
9,6 |
10,2 |
|
|
Hиндент. (ГПа) |
26.8 ± 1.9 |
25.7 ± 2.3 |
30.4 ± 1.9 |
42.0 ± 2.9 |
|
|
Eиндент.(ГПа) |
249 |
256 |
245 |
311 |
|
|
Cl (EDX)(aт.%) |
0 |
1,74 |
1,93 |
1,18 |
|
|
Com. stress(GPa) |
2,5 |
<1.5 |
<1.5 |
<1.5 |
|
|
Cr. размер на подложке (нм) |
28,1 |
27 |
9,7 |
9,7 |
|
|
Cr. размер свободного пространства (нм) |
17,7 |
21,1 |
10,8 |
8,0 |
|
|
Случайная деформация на субстрате (%) |
0.169 |
0.195 |
0.500 |
0.617 |
|
|
Случайное отсутствие напряжения (%) |
0.186 |
0.205 |
0.459 |
0.383 |
Образцы были получены путем плазменного химического осаждения из паровой фазы (P-CVD) [4] и магнетронного распыления [6] на подложках из простой стали в условиях, перечисленных в таблице 1. Образец магнетронного распыленного TiN использовался в качестве эталонного стандарта для сравнения с P -CVD нанокомпозитных образцов. Все образцы были охарактеризованы с использованием: дифракции рентгеновских лучей и элементного анализа, а твердость измеряли с помощью углубления с глубиной захвата. Сжимающее напряжение в нанесенных покрытиях определяли по изгибу стальной подложки и проверяли методом sin2и. Размер кристаллитов и случайную деформацию, которые также показаны в таблице 1, определялись с помощью анализа Уаррена-Авербаха в нанесенных покрытиях и после их удаления из подложки. Массовый модуль измеряли с помощью синхротронной рентгеновской дифракции для определения объема элементарной ячейки в зависимости от гидростатического давления.
Литература
1. J.J. Gilman, Mater. Sci. Eng. A 209 (1996) 74.
2. S. Veprek, S. Reiprich, L. Shizhi, Appl. Phys. Lett. 66 (1995) 2640.
3. S. Veprek, J. Vac. Sci. Technol. 17 (1999) 2401.
4. P. Karvankova, M.G.J.Veprek-Heijman, O. Zindulka, S.Veprek, Surf. Coat. Technol. 163/164 (2002) 149.
5. A.S. Argon, S. Veprek, MRS Symp. Proc. 697 (2002) 3.
6. S. Veprek, A.S. Argon, J. Vac. Sci. Technol. B 20 (2002) 650.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Осаждение пленочных покрытий сложного химического состава (оксидов, нитридов, металлов). Проблема магнетронного осаждения. Исследование влияние нестабильности мощности и давления магнетронного разряда на процесс осаждения пленок, результаты экспериментов.
диссертация [1,1 M], добавлен 19.05.2013Физические основы различных распылений: ионного, катодного, магнетронного, высокочастотного. Получение покрытий распылением в несамостоятельном газовом разряде. Методы контроля параметров осаждения покрытий. Вакуумная металлизация полимерных материалов.
курсовая работа [457,3 K], добавлен 19.01.2011Общая характеристика и значение основных механических свойств твердых тел, направления их регулирования и воздействий: деформация, напряжение. Классификация и типы деформации: изгиба, кручения и сдвига. Пластическое течение кристаллов. Закон Гука.
контрольная работа [782,4 K], добавлен 27.05.2013Тонкопленочные слои; назначение тонких пленок, методы их нанесения. Устройство вакуумного оборудования для получения тонких пленок. Основные стадии осаждения пленок и механизмы их роста. Контроль параметров технологических процессов и осажденных слоев.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 11.09.2014Столкновительный характер движения атомных частиц в газе. Ионная бомбардировка мишени. Особенности ионного распыления в присутствии реакционного газа. Вакуумное технологическое оборудование. Перспективы магнетронного распыления и его дальнейшее развитие.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.03.2015Изучение общих характеристик прочности, а также исследование структуры сталей. Рассмотрение основных методов определения магнитных и деформационных характеристик. Описание зависимости магнитных свойств от степени деформации сдвига металла при кручении.
реферат [460,1 K], добавлен 20.04.2015Методическое указание по вопросам расчётов на прочность при различных нагрузках и видах деформации. Определение напряжения при растяжении (сжатии), определение деформации. Расчеты на прочность при изгибе, кручении. Расчетно-графические работы, задачи.
контрольная работа [2,8 M], добавлен 15.03.2010Свойства твердых тел. Основные виды деформации. Основные допущения о свойствах материалов и характере деформирования. Геометрическая схематизация элементов строительных конструкций. Внешнее воздействие на тело. Классификация нагрузок. Крутящий момент.
реферат [2,4 M], добавлен 28.01.2009Свойства независимых комбинаций продольной и поперечной объемных волн. Закон Гука в линейной теории упругости при малых деформациях. Коэффициент Пуассона, тензоры напряжения и деформации. Второй закон Ньютона для элементов упругой деформированной среды.
реферат [133,7 K], добавлен 15.10.2011Газовая постоянная воздуха. Изотермическое сжатие и адиабатное расширение воздуха. Измерение теплоемкости твердых тел. Измерение теплопроводности твердых тел. Теплопроводность однослойных и многослойных стенок. Соотношения между единицами давления.
методичка [2,3 M], добавлен 22.11.2012Силы, действующие на частицу, осаждающуюся в гравитационном поле. Скорость осаждения твердых частиц под действием силы тяжести в зависимости от диаметра частиц и физических свойств частицы и жидкости. Описание установки, порядок выполнения работ.
лабораторная работа [275,9 K], добавлен 29.08.2015Применения МД для исследования пластической деформации кристаллов. Алгоритм интегрирования по времени. Начальное состояние для кристалла с дефектами. Уравнение для ширины ячейки моделирования. Моделирования пластической деформации ГПУ кристаллов.
дипломная работа [556,7 K], добавлен 07.12.2008Понятие твердости как способности металла сопротивляться деформации на поверхности образца или изделия. Cущность методики измерения твердости на приборах Бринелля, Роквелла, Виккерса и микротвердомере. Порядок выбора прибора, нагрузки и наконечника.
методичка [486,2 K], добавлен 27.11.2010Создание обзора по методам изготовления планарных интегрально-оптических волноводов в подложках. Кристаллохимическое описание стекол. Методы получения планарных волноводов методами диффузии. Параметры диффузантов используемых при изготовлении волноводов.
курсовая работа [711,5 K], добавлен 20.11.2012Вариант принципиальной схемы ЭЭР с основными системами и элементами оборудования, входящими в её состав. Величины разницы потенциалов, между поверхностью Земли и точкой расположенной на определенной высоте над ней. Электрическое поле Земли, его параметры.
статья [1,9 M], добавлен 11.09.2017Определение размеров поперечных сечений стержней, моделирующих конструкцию робота-манипулятора. Вычисление деформации элементов конструкции, линейного и углового перемещения захвата. Построение матрицы податливости системы с помощью интеграла Мора.
курсовая работа [255,7 K], добавлен 05.04.2013Фазовые переходы для автоколебательной системы "Хищник-Жертва" и для волн пластической деформации. Получение уравнений в обезразмеренном виде. Определение координат особых точек, показателей Ляпунова для них. Исследование характера их устойчивости.
курсовая работа [805,6 K], добавлен 17.04.2011Анализ зависимости веса тела от ускорения опоры, на которой оно стоит, изменения взаимного положения частиц тела, связанного с их перемещением друг относительно друга. Исследование основных видов деформации: кручения, сдвига, изгиба, растяжения и сжатия.
презентация [2,9 M], добавлен 04.12.2011Физика твердого тела – один из столпов, на которых покоится современное технологическое общество. Физическое строение твердых тел. Симметрия и классификация кристаллов. Особенности деформации и напряжения. Дефекты кристаллов, способы повышения прочности.
презентация [967,2 K], добавлен 12.02.2010Строение металла. Макроструктура и микроструктура металла. Механические свойства металла. Процесс деформации. Разрушение металла. Ударная вязкость стали. Конструкционные стали. Высокопрочные и среднепрочные материалы.
реферат [27,9 K], добавлен 24.01.2007
