Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы
Исследованы структура и фазовый состав катодных материалов системы Ti-Si, полученных спеканием смесей порошков титана, кремния и силицида титана Ti₅Si₃. Установлено, что спекание смесей Ti + Ti₅Si₃ позволяет получать качественные катодные материалы с содержанием кремния до 15 ат. %. Обнаружено, что...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2015
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108712 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы / В.В. Васильев, А.А. Лучанинов, Е.Н. Решетняк, В.Е. Стрельницкий, Г.Н. Толмачева, Г.А. Прибытков, А.В. Гурских, М.Г. Криницын // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 148-163. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108712 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Васильев, В.В. Лучанинов, А.А. Решетняк, Е.Н. Стрельницкий, В.Е. Толмачева, Г.Н. Прибытков, Г.А. Гурских, А.В. Криницын, М.Г. 2016-11-14T17:41:45Z 2016-11-14T17:41:45Z 2015 Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы / В.В. Васильев, А.А. Лучанинов, Е.Н. Решетняк, В.Е. Стрельницкий, Г.Н. Толмачева, Г.А. Прибытков, А.В. Гурских, М.Г. Криницын // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 148-163. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108712 539.21: 621.793 Исследованы структура и фазовый состав катодных материалов системы Ti-Si, полученных спеканием смесей порошков титана, кремния и силицида титана Ti₅Si₃. Установлено, что спекание смесей Ti + Ti₅Si₃ позволяет получать качественные катодные материалы с содержанием кремния до 15 ат. %. Обнаружено, что в штатном режиме работы источника фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы возникают проблемы со стабильностью горения разряда, обусловленные возникновением дефектов на поверхности порошковых катодов. Использован способ подачи реакционного газа в вакуумную камеру через источник плазмы, что позволило добиться стабильной работы порошковых катодов при осаждении покрытий нитридов. В условиях использования высоковольтного импульсного потенциала смещения на подложку получены покрытия системы Ti-Si-N. Исследовано влияние параметров осаждения на состав, структуру и свойства покрытий. Определены условия, позволяющие синтезировать наноструктурные покрытия с высокой твердостью. Досліджено структуру та фазовий склад катодних матеріалів системи Ti-Si, отриманих спіканням сумішей порошків титану, кремнію і силіциду титану Ti₅Si₃. Встановлено, що спікання порошкових сумішей Ti + Ti₅Si₃ дозволяє отримувати якісні катодні матеріали з вмістом кремнію до 15 ат. %. Виявлено, що в штатному режимі роботи джерела фільтрованої вакуумно-дугової плазми виникають проблеми зі стабільністю горіння розряду, обумовлені виникненням дефектів на поверхні порошкових катодів. Застосовано спосіб подачі реакційного газу в вакуумну камеру через джерело плазми, що дозволило досягти стабільної роботи порошкових катодів при осадженні покриттів нітридів. В умовах використання високовольтного імпульсного потенціалу зміщення на підкладку отримані покриття системи Ti-Si-N. Досліджено вплив параметрів осадження на склад, структуру та властивості покриттів. Визначено умови, що дозволяють синтезувати наноструктурні покриття з високою твердістю. The structure and phase composition of cathode materials of Ti-Si composition, fabricated by sintering a mixture of powders of titanium, silicon, and titanium silicide Ti₅Si₃ were investigated. It was found that sintering mixtures of Ti + Ti₅Si₃ allows fabricate high-quality materials with silicon content up to 15 at. % which are sutable for use in the vacuum-arc plasma sources as cathode materials. It was found that in normal mode of the filtered cathodic arc plasma source operation the problems with the stability of the discharge occur, due to the appearance of defects on the surface of the sintered powder Ti-Si cathode. A method of feeding a reaction gas into a vacuum chamber through a plasma source was used that will ensure the stable cathodic arc plasma source operation with the Ti-Si cathodes at the deposition of nitride coatings. The coatings of the Ti-Si-N system were obtained under the conditions of use of high voltage pulsed substrate bias potential. The influence of the process deposition parameters on the composition, structure and properties of the coatings investigated. The conditions were determined which allow synthesize nanostructured coatings with high hardness. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 14-08-90403) и НАН Украины (проект 24-08-14). ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы Застосування порошкових катодів для осадження покриттів Ti-Si-N Із фільтрованої вакуумно-дугової плазми Application of powder cathodes for Ti-Si-N coatings deposition from the filtered vacuum-arc plasma Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы |
| spellingShingle |
Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы Васильев, В.В. Лучанинов, А.А. Решетняк, Е.Н. Стрельницкий, В.Е. Толмачева, Г.Н. Прибытков, Г.А. Гурских, А.В. Криницын, М.Г. |
| title_short |
Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы |
| title_full |
Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы |
| title_fullStr |
Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы |
| title_full_unstemmed |
Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы |
| title_sort |
применение порошковых катодов для осаждения ti-si-n покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы |
| author |
Васильев, В.В. Лучанинов, А.А. Решетняк, Е.Н. Стрельницкий, В.Е. Толмачева, Г.Н. Прибытков, Г.А. Гурских, А.В. Криницын, М.Г. |
| author_facet |
Васильев, В.В. Лучанинов, А.А. Решетняк, Е.Н. Стрельницкий, В.Е. Толмачева, Г.Н. Прибытков, Г.А. Гурских, А.В. Криницын, М.Г. |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физическая инженерия поверхности |
| publisher |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Застосування порошкових катодів для осадження покриттів Ti-Si-N Із фільтрованої вакуумно-дугової плазми Application of powder cathodes for Ti-Si-N coatings deposition from the filtered vacuum-arc plasma |
| description |
Исследованы структура и фазовый состав катодных материалов системы Ti-Si, полученных спеканием смесей порошков титана, кремния и силицида титана Ti₅Si₃. Установлено, что спекание смесей Ti + Ti₅Si₃ позволяет получать качественные катодные материалы с содержанием кремния до 15 ат. %. Обнаружено, что в штатном режиме работы источника фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы возникают проблемы со стабильностью горения разряда, обусловленные возникновением дефектов на поверхности порошковых катодов. Использован способ подачи реакционного газа в вакуумную камеру через источник плазмы, что позволило добиться стабильной работы порошковых катодов при осаждении покрытий нитридов. В условиях использования высоковольтного импульсного потенциала смещения на подложку получены покрытия системы Ti-Si-N. Исследовано влияние параметров осаждения на состав, структуру и свойства покрытий. Определены условия, позволяющие синтезировать наноструктурные покрытия с высокой твердостью.
Досліджено структуру та фазовий склад катодних матеріалів системи Ti-Si, отриманих спіканням сумішей порошків титану, кремнію і силіциду титану Ti₅Si₃. Встановлено, що спікання порошкових сумішей Ti + Ti₅Si₃ дозволяє отримувати якісні катодні матеріали з вмістом кремнію до 15 ат. %. Виявлено, що в штатному режимі роботи джерела фільтрованої вакуумно-дугової плазми виникають проблеми зі стабільністю горіння розряду, обумовлені виникненням дефектів на поверхні порошкових катодів. Застосовано спосіб подачі реакційного газу в вакуумну камеру через джерело плазми, що дозволило досягти стабільної роботи порошкових катодів при осадженні покриттів нітридів. В умовах використання високовольтного імпульсного потенціалу зміщення на підкладку отримані покриття системи Ti-Si-N. Досліджено вплив параметрів осадження на склад, структуру та властивості покриттів. Визначено умови, що дозволяють синтезувати наноструктурні покриття з високою твердістю.
The structure and phase composition of cathode materials of Ti-Si composition, fabricated by sintering a mixture of powders of titanium, silicon, and titanium silicide Ti₅Si₃ were investigated. It was found that sintering mixtures of Ti + Ti₅Si₃ allows fabricate high-quality materials with silicon content up to 15 at. % which are sutable for use in the vacuum-arc plasma sources as cathode materials. It was found that in normal mode of the filtered cathodic arc plasma source operation the problems with the stability of the discharge occur, due to the appearance of defects on the surface of the sintered powder Ti-Si cathode. A method of feeding a reaction gas into a vacuum chamber through a plasma source was used that will ensure the stable cathodic arc plasma source operation with the Ti-Si cathodes at the deposition of nitride coatings. The coatings of the Ti-Si-N system were obtained under the conditions of use of high voltage pulsed substrate bias potential. The influence of the process deposition parameters on the composition, structure and properties of the coatings investigated. The conditions were determined which allow synthesize nanostructured coatings with high hardness.
|
| issn |
1999-8074 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108712 |
| citation_txt |
Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы / В.В. Васильев, А.А. Лучанинов, Е.Н. Решетняк, В.Е. Стрельницкий, Г.Н. Толмачева, Г.А. Прибытков, А.В. Гурских, М.Г. Криницын // Физическая инженерия поверхности. — 2015. — Т. 13, № 2. — С. 148-163. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT vasilʹevvv primenenieporoškovyhkatodovdlâosaždeniâtisinpokrytiiizfilʹtrovannoivakuumnodugovoiplazmy AT lučaninovaa primenenieporoškovyhkatodovdlâosaždeniâtisinpokrytiiizfilʹtrovannoivakuumnodugovoiplazmy AT rešetnâken primenenieporoškovyhkatodovdlâosaždeniâtisinpokrytiiizfilʹtrovannoivakuumnodugovoiplazmy AT strelʹnickiive primenenieporoškovyhkatodovdlâosaždeniâtisinpokrytiiizfilʹtrovannoivakuumnodugovoiplazmy AT tolmačevagn primenenieporoškovyhkatodovdlâosaždeniâtisinpokrytiiizfilʹtrovannoivakuumnodugovoiplazmy AT pribytkovga primenenieporoškovyhkatodovdlâosaždeniâtisinpokrytiiizfilʹtrovannoivakuumnodugovoiplazmy AT gurskihav primenenieporoškovyhkatodovdlâosaždeniâtisinpokrytiiizfilʹtrovannoivakuumnodugovoiplazmy AT krinicynmg primenenieporoškovyhkatodovdlâosaždeniâtisinpokrytiiizfilʹtrovannoivakuumnodugovoiplazmy AT vasilʹevvv zastosuvannâporoškovihkatodívdlâosadžennâpokrittívtisinízfílʹtrovanoívakuumnodugovoíplazmi AT lučaninovaa zastosuvannâporoškovihkatodívdlâosadžennâpokrittívtisinízfílʹtrovanoívakuumnodugovoíplazmi AT rešetnâken zastosuvannâporoškovihkatodívdlâosadžennâpokrittívtisinízfílʹtrovanoívakuumnodugovoíplazmi AT strelʹnickiive zastosuvannâporoškovihkatodívdlâosadžennâpokrittívtisinízfílʹtrovanoívakuumnodugovoíplazmi AT tolmačevagn zastosuvannâporoškovihkatodívdlâosadžennâpokrittívtisinízfílʹtrovanoívakuumnodugovoíplazmi AT pribytkovga zastosuvannâporoškovihkatodívdlâosadžennâpokrittívtisinízfílʹtrovanoívakuumnodugovoíplazmi AT gurskihav zastosuvannâporoškovihkatodívdlâosadžennâpokrittívtisinízfílʹtrovanoívakuumnodugovoíplazmi AT krinicynmg zastosuvannâporoškovihkatodívdlâosadžennâpokrittívtisinízfílʹtrovanoívakuumnodugovoíplazmi AT vasilʹevvv applicationofpowdercathodesfortisincoatingsdepositionfromthefilteredvacuumarcplasma AT lučaninovaa applicationofpowdercathodesfortisincoatingsdepositionfromthefilteredvacuumarcplasma AT rešetnâken applicationofpowdercathodesfortisincoatingsdepositionfromthefilteredvacuumarcplasma AT strelʹnickiive applicationofpowdercathodesfortisincoatingsdepositionfromthefilteredvacuumarcplasma AT tolmačevagn applicationofpowdercathodesfortisincoatingsdepositionfromthefilteredvacuumarcplasma AT pribytkovga applicationofpowdercathodesfortisincoatingsdepositionfromthefilteredvacuumarcplasma AT gurskihav applicationofpowdercathodesfortisincoatingsdepositionfromthefilteredvacuumarcplasma AT krinicynmg applicationofpowdercathodesfortisincoatingsdepositionfromthefilteredvacuumarcplasma |
| first_indexed |
2025-11-24T15:14:58Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:14:58Z |
| _version_ |
1850848552269381632 |
| fulltext |
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2148 © Васильев В. В, Лучанинов А. А., Решетняк Е. Н., Стрельницкий В. Е.,
Толмачева Г. Н., Прибытков Г. А., Гурских А. В., Криницын М. Г., 2015
148
УДК 539.21: 621.793
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ
ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ
ИЗ ФИЛЬТРОВАННОЙ ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ ПЛАЗМЫ
В. В. Васильев1, А. А. Лучанинов1, Е. Н. Решетняк1, В. Е. Стрельницкий1,
Г. Н.Толмачева1, Г. А. Прибытков2, А. В. Гурских2, М. Г. Криницын2
1Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
г. Харьков, Украина,
2Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия
Поступила в редакцию 27.03.2015
Исследованы структура и фазовый состав катодных материалов системы Ti-Si, полученных
спеканием смесей порошков титана, кремния и силицида титана Ti5Si3. Установлено, что спе-
кание смесей Ti + Ti5Si3 позволяет получать качественные катодные материалы с содержанием
кремния до 15 ат. %. Обнаружено, что в штатном режиме работы источника фильтрованной
вакуумно-дуговой плазмы возникают проблемы со стабильностью горения разряда, обуслов-
ленные возникновением дефектов на поверхности порошковых катодов. Использован способ
подачи реакционного газа в вакуумную камеру через источник плазмы, что позволило добить-
ся стабильной работы порошковых катодов при осаждении покрытий нитридов. В условиях
использования высоковольтного импульсного потенциала смещения на подложку получены
покрытия системы Ti-Si-N. Иисследовано влияние параметров осаждения на состав, структу-
ру и свойства покрытий. Определены условия, позволяющие синтезировать наноструктурные
покрытия с высокой твердостью.
Ключевые слова: вакуумно-дуговое осаждение, порошковый катод, фильтрованная плазма,
покрытия нитридов, твердость.
ЗАСТОСУВАННЯ ПОРОШКОВИХ КАТОДІВ
ДЛЯ ОСАДЖЕННЯ ПОКРИТТІВ Ti-Si-N
ІЗ ФІЛЬТРОВАНОЇ ВАКУУМНО-ДУГОВОЇ ПЛАЗМИ
В. В. Васильєв, О. А. Лучанінов, О. М. Решетняк, В. Є. Стрельницький,
Г. М. Толмачова, Г. А. Прибитков, А. В. Гурських, М. Г. Криницин
Досліджено структуру та фазовий склад катодних матеріалів системи Ti-Si, отриманих спі-
канням сумішей порошків титану, кремнію і силіциду титану Ti5Si3. Встановлено, що спікання
порошкових сумішей Ti + Ti5Si3 дозволяє отримувати якісні катодні матеріали з вмістом крем-
нію до 15 ат. %. Виявлено, що в штатному режимі роботи джерела фільтрованої вакуумно-
дугової плазми виникають проблеми зі стабільністю горіння розряду, обумовлені виникнен-
ням дефектів на поверхні порошкових катодів. Застосовано спосіб подачі реакційного газу
в вакуумну камеру через джерело плазми, що дозволило досягти стабільної роботи порош-
кових катодів при осадженні покриттів нітридів. В умовах використання високовольтно-
го імпульсного потенціалу зміщення на підкладку отримані покриття системи Ti-Si-N.
До сліджено вплив параметрів осадження на склад, структуру та властивості покриттів. Визна-
чено умови, що дозволяють синтезувати наноструктурні покриття з високою твердістю.
Ключові слова: вакуумно-дугове осадження, порошковий катод, фільтрована плазма, покрит-
тя нітридів, твердість.
APPLICATION OF POWDER CATHODES
FOR Ti-Si-N COATINGS DEPOSITION
FROM THE FILTERED VACUUM-ARC PLASMA
V. V. Vasyliev, A. A. Luchaninov, E. N. Reshetnyak, V. E. Strel’nitskij,
G. N. Tolmacheva, G. A. Pribytkov, A. V. Gurskikh, M. G. Krinitcyn
The structure and phase composition of cathode materials of Ti-Si composition, fabricated by
sintering a mixture of powders of titanium, silicon, and titanium silicide Ti5Si3 were investigated.
It was found that sintering mixtures of Ti + Ti5Si3 allows fabricate high-quality materials with
В. В. ВАСИЛЬЕВ, А. А. ЛУЧАНИНОВ, Е. Н. РЕШЕТНЯК, В. Е. СТРЕЛЬНИЦКИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 149
silicon content up to 15 at. % which are sutable for use in the vacuum-arc plasma sources as cathode
materials. It was found that in normal mode of the filtered cathodic arc plasma source operation the
problems with the stability of the discharge occur, due to the appearance of defects on the surface
of the sintered powder Ti-Si cathode. A method of feeding a reaction gas into a vacuum chamber
through a plasma source was used that will ensure the stable cathodic arc plasma source operation
with the Ti-Si cathodes at the deposition of nitride coatings. The coatings of the Ti-Si-N system were
obtained under the conditions of use of high voltage pulsed substrate bias potential. The influence
of the process deposition parameters on the composition, structure and properties of the coatings
investigated. The conditions were determined which allow synthesize nanostructured coatings with
high hardness.
Keywords: vacuum arc deposition, powder sintered cathode, filtered plasma, nitride coatings,
hardness.
ВВЕДЕНИЕ
Применение износостойких ионно-плаз-
менных покрытий исторически началось
из нитрида титана, который осаждался из
плазмы, генерируемой вакуумно-дуговым
испарением титановых катодов в среде азота.
Позже элементный состав плазмы услож-
нялся дополнительным введением других
нитридообразующих металлов (хром, молиб-
ден, алюминий и др.). При этом на подлож-
ке осаждались сложные нитриды с более
высокими значениями твердости и других
физико-механических характеристик. Сле-
дующим шагом на пути улучшения свойств
покрытий было введение в плазму немета-
ллических элементов, прежде всего кремния.
Это позволило резко повысить твердость
покрытий за счет измельчения нитридных
зерен до наноуровня [1, 2].
Для получения плазмы сложного соста-
ва целесообразно использовать один мно-
гокомпонентный катод с необходимой
кон центрацией всех элементов, которые при
испарении переходят в объем покрытия.
Изготовление многокомпонентных като-
дов методами традиционной металлургии
(литье, горячая обработка давлением, за-
ключительная обработка резанием) для
многих перспективных составов невозмож-
но из-за высокой твердости и хрупкости
материалов. В этих случаях эффективным
способом получения многокомпонентных
катодных материалов являются порошковые
технологии. Наиболее часто применя-
ют высокотемпературный синтез (СВС)
в порошковых сме сях в сочетании
с одновременным прессованием горячего
пористого продукта [3]. СВС катоды успеш-
но используют в качестве магнетронных
мишеней при осаждении многокомпонентных
покрытий [4–7], в том числе покрытий, де-
монстрирующих высокую износостойкость
при испытаниях на режущем инструменте
[8].
Характерно, что СВС катоды почти не
используются в вакуумно-дуговой техноло-
гии нанесения покрытий. Одна из причин —
большие внутренние напряжения первого
рода, возникающие в процессе горячего пре-
ссования и последующего охлаждения. Эти
напряжения в объеме катода, состоящего из
твердых и хрупких тугоплавких соедине-
ний, часто приводят к разрушению катодов
при нагревании вакуумной дугой. Другой
недостаток СВС-метода — ограничения по
элементному составу, так как реакция СВ-
синтеза возможна только в смесях с доста-
точной термичностью. Этого недостатка
лишены катодные материалы, полученные
методом традиционной порошковой метал-
лургии — холодное формование с после-
дующим спеканием. Структура спеченных
многокомпонентных катодов представляет
собой матрицу из металлов или их твердых
растворов с включениями частиц тугоплав-
ких соединений. Такая структура катодного
материала обеспечивает релаксацию терми-
ческих напряжений, возникающих в поле
градиентов температур при нагревании ваку-
умной дугой и высокую устойчивость к тер-
мическому удару.
Одной из наиболее перспективных систем
многокомпонентных нитридных покрытий
остается Ti-Si-N. Установлено, что высокие
характеристики и сверхтвердость (до 60 ГПа)
имеют нанокомпозиты TiN/a-Si3N4, состоя-
щие из наноразмерных кристаллов TiN,
окруженных тонкими слоями аморфного
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2150
импульсного потенциала смещения ампли-
тудой от нескольких сотен до нескольких
тысяч вольт. В отличие от постоянного сме-
щения, в таких условиях можно минимизи-
ровать эффекты, связанные с распылением
поверхности покрытия [19]. Кроме того,
в условиях бомбардировки при низкой тем-
пературе подложки возможно формирова-
ние метастабильных высокотемпературных
структур. Частота и величина импульса по-
тенциала смещения являются одними из
ключевых параметров, которые позволяют
управлять структурой покрытия, уровнем
остаточных напряжений в них, а значит и их
свойствами.
Роль импульсного потенциала смещения
при PIII&D была подробно исследована для
покрытий на основе Ti-N и Ti-Al-N [15–20].
Установлены параметры импульсного по-
тенциала, которые позволяют формировать
наноструктурные покрытия с низким уров-
нем напряжений и высокими характеристи-
ками. Представляет интерес использовать
эти данные для получения вакуумно-дуговых
покрытий системы Ti-Si-N.
Целью данной работы являлось эк спе-
риментальное изучение процессов получе-
ния нитридных покрытий из фильтрованной
вакуумно-дуговой плазмы порошковых ка-
тодов Ti-Si при подаче высоковольтного
импульсного потенциала смещения на
подложку. Для достижения цели были
решены две основные задачи. Во-первых,
были проведены сравнительные исследо-
вания фазовых превращений и вызванных
ими объемных и структурных изменений
при спекании порошковых смесей Ti + Si
и Ti + Ti5Si3 с общим содержанием кремния до
25 ат. %, которые позволили отработать спо-
соб получения катодов, используемых в PVD
технологиях. Во вторых, были исследованы
процессы синтеза, структура и свойства
Ti-Si-N покрытий, полученных с использова-
нием этих катодов.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Осаждение нитридных покрытий системы
Ti-Si-N осуществлялось вакуумно-ду го-
вым способом с использованием Ti-Si ка-
тодов, изготовленных методом порошковой
металлургии. Для отработки методики
Si3N4 при оптимальном содержании крем-
ния около 7–9 ат % [1, 9, 10]. Однако изго-
товление таких покрытий вакуумно-дуговым
способом сталкивается с рядом трудностей,
обусловленных несоответствием состава
катода и пленки. Установлено, что с ростом
потенциала смещения на подложке, содержа-
ние кремния в покрытии может существен-
но уменьшаться главным образом за счет
его селективного распыления с поверхности
[11–13]. Таким образом, требуется изготовле-
ние катодов с содержанием кремния больше
10 ат %, что является достаточно сложной
задачей. При изготовлении катодов методом
порошковой металлургии в первую очередь
необходимо обеспечить получение материала
с высокой плотностью, исключив объемный
рост при спекании порошковых смесей. Для
системы Ti-Si плотные катодные материалы
были получены спеканием порошков титана
и кремния в интервале концентраций крем-
ния, не выходящих за пределы твердого ра-
створа на основе β-Ti (около 5 ат. % Si при
1200 ºС). При дальнейшем увеличении содер-
жания кремния в такой смеси усадка может
переходить в прогрессирующий объемный
рост. Жесткий силицидный каркас, который
образуется при больших концентрациях
кремния, тормозит усадку под действием
капиллярных сил [14]. Можно предполагать,
что замена кремния порошком силицида ти-
тана предотвратит образование пор и увели-
чит плотность спеченного материала.
Еще одним фактором, сдержива ю щим
практическое использование нано струк-
турных покрытий, яв ляется тот факт, что
их формирование происходит в результа-
те спинодального распада пересыщенного
твердого раствора при достаточно высокой
температуре подложки, что неприемлемо
для многих изделий [1]. Метод осаждения
в условиях ионной имплантации, который
в англоязычной литературе носит назва-
ние «Plasma immersion ion implantation and
deposition» (PIII&D), широко используется
для нанесения металлических и керамичес-
ких покрытий [15–18]. Для реализации этого
метода, как правило, используют источники
фильтрованной от макрочастиц вакуумно-ду-
говой плазмы, а осаждение покрытий ведут
при подаче на подложку отрицательного
В. В. ВАСИЛЬЕВ, А. А. ЛУЧАНИНОВ, Е. Н. РЕШЕТНЯК, В. Е. СТРЕЛЬНИЦКИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 151
изготовления катодов были проведены
сравнительные исследования процессов,
происходящих при спекании порошковых
смесей Ti + Si и Ti+Ti5Si3 с общим содержа-
нием кремния до 25 ат. %. Для приготовления
порошковых смесей использовали порошок
титана марки ТПП-8 в состоянии поставки
(дробленая титановая губка с отсевом фрак-
ции менее 160 мкм) и порошок кремния,
полученный дроблением кускового кремния
технической чистоты и последующим отсе-
вом фракции менее 50 мкм. Порошок сили-
цида Ti5Si3 получали реакционным спеканием
прессовок из смеси порошков титана и крем-
ния стехиометрического состава, дроблени-
ем полученных спеков и отсевом фракции
менее 50 мкм. Из порошковых смесей пре-
ссовали цилиндрические образцы диаметром
и высотой по 10 мм с исходной пористостью
(20–24) %. Прессовки спекали в вакууме
при температуре 1250 °С с вариацией вре-
мени выдержки от 30 до 240 минут. Порис-
тость (η) до и после спекания рассчитывали
по результатам взвешивания — обмера об-
разцов. При расчете пористости спеченных
композиций Ti + Si и Ti + Ti5Si3 в качестве
теоретической плотности использовали плот-
ность чистого титана (4,5 г/см3) и силицида
Ti5Si3 (4,31 г/см3 [21]). Структурные иссле-
дования спеченных материалов проводи-
лись методами металлографии (микроскоп
МИМ-9), рентгеноструктурного анализа
(дифрактометр ДРОН-7, излучение — Co-
Kα) и микрорентгеноспектрального анализа
(микроанализатор Camebax MICROBEAM
с диаметром зонда 1 мкм и с устройством для
сканирующей электронной микроскопии).
По результатам исследований были из-
готовлены порошковые катоды системы
Ti-Si, содержащие 10, 15 и 20 ат. % кремния,
которые были использованы для осаждения
покрытий на вакуумно-дуговой установке
с прямолинейным магнитоэлектрическим
фильтром, обеспечивавшим очистку плазмы
от макрочастиц [19, 22]. Для отработки режи-
мов осаждения был также использован катод
из сплава ВТ1-0 (технический Ti). Покрытия
наносились на подложки из нержавеющей
стали размером 17 × 20 мм и толщиной 1,5 мм.
Расстояние от выходного отверстия фильтра
до образцов составляло 180 мм. Покрытия
осаждались при токе дуги 100 А в условиях
подачи импульсного потенциала смещения
на подложку. Импульсный потенциал пода-
вался от генератора высоковольтных импуль-
сов с параметрами: амплитуда (U) в пределах
(0,5–2,5) кВ, длительность импульсов (τ)
6 мкс, частота повторения (ν) 1,3 или 12 кГц.
В промежутках между импульсами подложка
находилась под «плавающим» потенциалом.
Самосогласованный «плавающий» потенци-
ал составлял — (30–35) В.
Подача реакционного газа (азота) в ва-
куумную камеру осуществлялась через ис-
точник плазмы. В некоторых экспериментах
для стабилизации горения вакуумно-дугового
разряда дополнительно в камеру подавался
аргон. Давление азота в камере менялось
в интервале 0,02–0,12 Па, а парциальное дав-
ление аргона не превышало 0,03 Па.
Элементный состав материала покрытия
контролировался методом рентгеновско-
го флуоресцентного анализа на вакуумном
сканирующем кристалл-дифракционном
спектрометре СПРУТ. По интенсивности
характеристических линий Ti-Кα и Si-Кα
были рассчитаны значения концентрации
примеси кремния в титане CSi (без учета
азота), которые позволяют оценить сте-
пень воспроизводимости состава катода
в покрытиях. Рентгеноструктурные иссле-
дования покрытий проводились на дифрак-
тометре ДРОН-3 в фильтрованном излучении
Cu-Ka. Твердость (H) и модуль Юнга (E)
покрытий измерялись наноиндентором G200
производства фирмы MTS методом CSM
(непрерывного измерения жесткости). Значе-
ние H брали на глубине индентации, равной
10 % от толщины пленки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование спеченных порошковых
ка тодных материалов Ti-Si
Для отработки методики изготовления като-
дов были проведены сравнительные иссле-
дования фазовых превращений и вызванных
ими объемных и структурных изменений
при спекании порошковых смесей Ti + Si
и Ti + Ti5Si3 с общим содержанием кремния до
25 ат. %. На рис. 1 показана зависимость по-
ристости смесей разного состава от дли-
тель ности изотермической выдержки при
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2152
смеси с концентрацией 6–20 ат. % кремния
имеют близкую пористость, которая после
240 минут выдержки составляет 10–12 %,
что в два раза ниже пористости исход-
ной смеси. При более высокой концен-
трации кремния 25 ат. % величина усадки
уменьшается.
Рентгеноструктурный анализ спеченных
композиций Ti + Ti5Si3 не выявил каких-
либо изменений фазового состава при
спекании. На рентгенограммах исходной
порошковой смеси, так же как и на рент-
генограммах всех спеченных образцов
вне зависимости от содержания силицида
и времени спекания, присутствуют только
отражения α-Ti и Ti5Si3. В противополож-
ность этому, при спекании порошковых
композиций Ti + Si фазовый состав из-
меняется уже при минимальном времени
изотермической выдержки. Линии кремния,
которые являются самыми интенсивными
на рентгенограммах исходной порошковой
смеси, полностью исчезают после 30 минут
спекания. Также исчезают практически все
линии α-Ti, но появляются линии силици-
дов Ti5Si3 и Ti5Si4. При увеличении времени
спекания до 240 минут остается несколько
слабых линий силицида Ti5Si4 при одновре-
менном увеличении относительной интен-
сивности линий фазы Ti5Si3. По-видимому,
фаза Ti5Si4 является метастабильной и пре-
вращается в стабильный силицид Ti5Si3 при
изотермической выдержке.
Микроструктура спеченных композитов
показана на рис. 2. Идентификация визуаль-
но различимых фаз была проведена мето-
дом микрорентгеноспектрального анализа.
На микрофотографиях спеченных компо-
зитов Ti + Si выявляется образование сили-
цидной оболочки на частицах титана, что
и приводит к объемному росту, который
происходит за счет раздвигания смежных
частиц титана при образовании между ними
прослойки силицида (рис. 2 а, б). Усадка
в этом случае тормозится по двум причинам.
Одна из них — блокирование части контак-
тов «Ti-Ti» растущей прослойкой силицида.
Другая возможная причина заключается
в том, что часть контактов «Ti-Ti», сфор-
мировавшихся при холодном прес со вании,
в условиях объемного роста разрывается.
температуре 1250 ºС. Исходная пористость
смесей находится в интервале 20–25 %.
Видно, что при спекании порошковых компо-
зиций Ti + Si заметная усадка наблюдает-
ся только при содержании кремния до
10 ат. %. При спекании композиций Ti + Si
с содержанием кремния 15, 20 и 25 ат. % уже
на начальной стадии спекания наблюдается
интенсивный рост пористости. С увеличени-
ем времени изотермической выдержки рост
замедляется. Конечная пористость после
спекания с изотермической выдержкой
240 минут тем больше, чем больше кремния
содержится в порошковых смесях с титаном.
В отличие от объемных изменений, наблю-
давшихся при спекании смесей элементарных
порошков Ti + Si, спекание порошковых
композиций Ti + Ti5Si3 сопровождается ин-
тенсивной усадкой во всем исследованном
концентрационном интервале общего содер-
жания кремния от 6 до 25 ат. %. Спеченные
40
30
η,
%
20
10
0 60 120 180 240
1
2
3
4
5
t, мин
а
25
η,
%
20
15
10
0 60 120 180 240
3
2
1
4
5
t, мин
б
Рис. 1. Зависимость пористости от длительности изо-
термической выдержки при спекании порошковых
композиций Ti + Si (а) и Ti + Ti5Si3 (б) с различным
содержанием кремния: 1 — 6 ат. %; 2 — 10 ат. %;
3 —15 ат. %; 4 — 20 ат. %; 5 — 25 ат. %
В. В. ВАСИЛЬЕВ, А. А. ЛУЧАНИНОВ, Е. Н. РЕШЕТНЯК, В. Е. СТРЕЛЬНИЦКИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 153
Поэтому припекание смежных частиц тита-
на и последующее уплотнение становится
невозможным. Микроструктура спеченных
композитов Ti + Ti5Si3 (рис. 2 в, г) кардиналь-
но иная, и представляет собой титановую
матрицу с включениями силицидных зерен
округлой формы.
Таким образом, основная причина объ-
емных изменений при спекании по рош-
ковых смесей титана и кремния — взаимное
смещение смежных частиц титана при об-
разовании между ними прослоек сили-
цида Ti5Si3 путем реакционной диффузии
кремния в титан. Замена кремния сили-
цидом Ti5Si3 в порошковых смесях с тита-
ном радикально изменяет микроструктуру
спеченных композитов и, как результат,
позволяет кратно уменьшить их пористость.
Твердофазное спекание порошковых
смесей Ti + Ti5Si3 позволило изготовить
плотные катодные материалы с содержанием
кремния до 20 ат %.
Особенности работы вакуумно-дугового
источника фильтрованной плазмы
с порошковыми катодами Ti-Si
В штатном режиме работы источника
фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы
в камеру подаются рабочие газы: азот —
непосредственно в область подложки,
и аргон — через кольцевой зазор между бо-
ковой поверхностью катода и внутренней
поверхностью дополнительного анода ис-
точника плазмы (для стабилизации горения
вакуумно-дугового разряда). В случае при-
менения порошковых катодов системы Ti-Si
Ti5Si3
100 мкм
Рис. 2. Микроструктура композитов, содержащих 25 ат. % кремния, спеченных из порошковых смесей Ti + Si
(а, б) и Ti + Ti5Si3 (в, г) при различном времени изотермической выдержки: а — Ti + Si, 30 минут; б — Ti + Si,
240 минут; в — Ti + Ti5Si3, 30 минут; г — Ti + Ti5Si3, 240 минут
а б
в г
Ti5Si3
100 мкм
Ti5Si3
100 мкм
Ti5Si3
100 мкм
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2154
с содержанием кремния 10–20 ат. % оказа-
лось, что горение разряда в штатном режиме
нестабильное: начиная с частых погасаний
до невозможности поджига и прекраще-
ния функционирования разряда. Наиболее
вероятными причинами нестабильности
является низкая скорость перемещения ка-
тодного пятна (КП) по поверхности порош-
кового катода и возможность горения разряда
на боковой поверхности катода вблизи края
рабочего торца. При этом поверхность ка-
тода приобретает специфическую форму
(рис. 3 а). На боковой поверхности катода об-
разуются глубокие бороздки в местах особен-
но медленного перемещения КП, а с торцевой
поверхности нависает «козырек» (типа шляп-
ки гриба), только пройдя через который КП
может выйти на рабочую поверхность (торец
катода). По мере работы источника бороздки
углубляются, а нависание козырька увеличива-
ется. Процесс продолжается до момента, когда
КП уже не может преодолеть препятствие
в виде козырька и выйти на рабочую поверх-
ность. Образование подобного «зубчатого»
рельефа на поверхности катодов наблюдали
в работе [23]. Автор полагает, что вид рельефа
на поверхности определяется присутствием
и величиной магнитного поля, а также про-
водимостью разрядного промежутка.
Для повышения стабильности горения
разряда было использовано несколько тех-
нологических приемов. Попытка повысить
стабильность разряда путем увеличения
давления аргона в условиях подачи его через
зазор между катодом и дополнительным
анодом не улучшила ситуацию. Медлен-
ное перемещение катодного пятна дуги при
большой величине тока, протекавшего между
катодом и вспомогательным анодом, на ста-
дии движения КП по боковой поверхности
катода приводило к образованию на ней
вышеупомянутых бороздок.
Значительно ослабить эффект эрозии бо-
ковой поверхности позволило ограничение
тока на дополнительный анод за счет вве-
дения нелинейного сопротивления в цепь
дополнительного анода. Однако процесс
образования козырька на краю торца като-
да все же наблюдался (рис. 3 б). Кроме того,
из-за относительно медленного перемеще-
ния катодного пятна дуги на торце катода
образовывались достаточно большие оплав-
ления в местах задержки перемещения катод-
ного пятна.
Следующим приемом было осуществление
подачи азота через источник плазмы, в том
числе и без аргона. Это позволило добиться
замедления роста «козырька» на краю торца
катода, что привело к дальнейшей стабилиза-
ции поджига и горения разряда. Таким образом,
эксперименты показали, что при подаче вместо
аргона азота, а также при ограничении величины
тока, протекающего через дополнительный
анод, описанные негативные явления на като-
де существенно ослабляются. При работе ис-
точника в таком режиме стабильность разряда
сохраняется в те чение длительного времени.
При этом фор ма боковой поверхности катода
практи чески не меняется в процессе работы
(рис. 3 в).
Новый способ подачи газа позволил ис-
пользовать катоды Ti-Si, содержащие 10, 15
и 20 ат. % кремния для осаждения покрытий
системы Ti-Si-N. Однако следует отметить, что
катод с максимальным содержанием кремния
20 ат.% через некоторое время работы разру-
шился. При этом эродированная поверхность
катода была гладкая, металлоподобная, без
оплавлений. Причина разрушения, по на-
шему мнению — термические напряжения,
а б в
Рис. 3. Фото порошковых катодов системы Ti-Si, содержащих 15 ат. % кремния после испытаний: а — штат-
ный режим с подачей азота в области подложки; б — режим с повышенным давлением аргона (РAr > 0,027 Па)
и ограниченным током на дополнительный анод; в — оптимальный режим с подачей азота через источник
плазмы
В. В. ВАСИЛЬЕВ, А. А. ЛУЧАНИНОВ, Е. Н. РЕШЕТНЯК, В. Е. СТРЕЛЬНИЦКИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 155
возникающие в объеме катодного материала
при поверхностном нагреве вакуумной дугой.
Объемное содержание титановой связки в ка-
тоде с 20 ат % кремния составляет 48 %, что
недостаточно для формирования структуры ма-
тричного композита, состоящего из сплошной
пластичной титановой матрицы с включениями
силицидных зерен и способной к эффективной
релаксации внутренних напряжений.
Состав, структура и твердость покрытий
В таблице приведены параметры осаждения
и характеристики покрытий. Образцы 1–10
были получены с использованием катода Ti-
Si, содержащего 15 ат. % кремния. Образцы
1–3 осаждались при парциальном давле-
нии аргона 0,03 Па и различных давлениях
азота. Можно увидеть, что с уменьшением
давления азота в интервале (0,1–0,02) Па
в два раза возрастает скорость осаждения
покрытий (ω) с 2,4 мкм/ч до 4,6 мкм/ч. Со-
держание кремния в этих покрытиях в 5–7
раз меньше, чем в катоде и падает с 2,8 до
2 ат. % (рис. 4). В первую очередь это обус-
ловлено селективным распылением легких
элементов в результате бомбардировки по-
верхности растущей пленки энергетичными
ионами, которое неоднократно наблюдалось
ранее [11–13]. Присутствие аргона в газовой
смеси усиливает этот эффект. Действительно,
уменьшение давления аргона до 0,02 Па
(образец 4) приводит к небольшому росту
содержания кремния. Таким образом, поло-
жительное влияние аргона на стабильность
горения разряда нивелируется малым со-
держанием кремния в покрытиях, поэтому
дальнейшие эксперименты проводились без
добавления аргона в состав газовой смеси.
Давление азота при осаждении является
важным параметром, влияющим на состав
и структуру покрытий. Ранее было установ-
лено, что при использованных параметрах
осаждения в условиях подачи азота непосред-
ственно в область подложки оптимальным
является давление (10–12)·10–2 Па. Для
10
6
4
2
0 5 10 15
0
10
20
30
40
Н
, Г
П
а
PN2, 10–2 Па
C
S
i,
ат
. %
8
Рис. 4. Влияние давления азота на содержание крем-
ния и твердость Ti-Si-N покрытий, осажденных из
катода с 15 ат. % кремния при амплитуде потенциала
1 кВ и парциальном давлении Ar 3·10–2 Па
Таблица
Условия осаждения и характеристики покрытий нитридов
№
образца
PAr,
10–2 Па
PN2,
10–2 Па
U,
кВ
τ,
мкс
ν,
кГц
ω,
мкм/ч
CSi,
ат. %
H,
ГПа
Катод Ti + 15 ат. % Si
1 3 12 1 6 12 2,4 2,8 16
2 3 4 1 6 12 3,2 2,7 29
3 3 2 1 6 12 4,6 2,0 28
4 2 2 1 6 12 5,0 2,2 29
5 0 5 – – – 2,4 8,3 30
6 0 5 0,5 6 12 3,4 5,5 32
7 0 5 1 6 12 3,2 3,6 37
8 0 5 1,5 6 12 3,2 3,1 26
9 0 5 2,5 6 12 2,5 3,4 20
10 0 5 1 6 1,3 2,4 7,6 30
Катод ВТ1-0 (Ti)
11 0 3 1 6 12 5,2 – 31
12 0 6 1 6 12 5,2 – 31
13 0 12 1 6 12 5,0 – 30
Катод Ti + 20 ат. % Si
14 0 5 1 6 12 2,8 8,5 35
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2156
определения оптимального давления в усло-
виях подачи азота через катодный узел были
изготовлены образцы 11–13 с использовани-
ем катода из сплава ВТ1-0 (технический Ti).
Известно, что цвет покрытий системы Ti-N
очень чувствителен к содержанию азота
в покрытиях и их фазовому составу, поэтому
модельные образцы этой системы целесоо-
бразно использовать для определения необ-
ходимого давления азота. Обычно, лучшие
эксплуатационные свойства имеют покрытия
насыщенного золотого цвета [24, 25]. В ходе
испытаний было установлено, что разряд
на катоде горит стабильно и обеспечивает
достаточно высокую скорость осаждения
покрытий Ti-N около 5 мкм/ч. При наимень-
шем давлении азота 3·10–2 Па покрытие имеет
золотой цвет характерный для монофазных
покрытий TiN с кубической структурой и со-
ставом близким к стехиометрическому (обра-
зец 11). По мере роста давления до 12·10–2 Па
цвет образца принимает красноватый (об-
разец 12), а затем фиолетовый оттенок (об-
разец 13), что свидетельствует об избытке
азота в вакуумной камере. Таким образом,
при использованном способе подачи газа
оптимальным с точки зрения содержа-
ния азота в покрытиях является давление
около 3·10–2 Па. Однако при испытаниях
порошковых катодов выяснилось, что для
стабильного горения разряда давление
азота должно быть не менее 5·10–2 Па. При
этом скорость осаждения покрытий Ti-Si-N
оказалась в 1,5–2 раза меньше, чем Ti-N,
полученных при использовании катода из
сплава ВТ1-0.
Параметры высоковольтного импульсно-
го потенциала смещения на подложке также
оказывают существенное влияние на состав
и структуру покрытий. Образцы покрытий
5–9 были изготовлены при различных значе-
ниях амплитуды импульсного потенциала,
которая изменялась в интервале (0–2,5) кВ.
На рис. 5 показана зависимость концен-
трации кремния в покрытиях от величины
амплитуды. В образце, который был получен
при «плавающем» потенциале (образец 5),
наблюдается максимальное содержание
кремния 8,3 ат. %, что всего в два раза мень-
ше, чем в катоде. При подаче импульсного
потенциала с амплитудой 0,5 кВ содержание
кремния уменьшается до 5,5 ат. %. Дальней-
ший рост амплитуды приводит к уменьше-
нию содержания кремния до величин около
3 ат. %. Этот результат несколько отличается
от данных, имеющихся для системы Ti-Al-N,
согласно которым при подобных условиях
осаждения значение амплитуды импуль-
сного потенциала смещения слабо влияет
на содержание алюминия, поэтому состав
катода достаточно хорошо воспроизводит-
ся в покрытиях [15, 16, 19]. Таким образом,
следует учитывать, что несмотря на близость
веса атомов алюминия и кремния, селектив-
ное распыления кремния при осаждении
покрытий происходит значительно сильнее.
Действительно, при уменьшении частоты по-
вторения импульсов до 1,3 кГц (образец 10),
содержание кремния существенно возраста-
ет до 7,6 ат. % по сравнению с образцом 7,
полученным при 12 кГц. Увеличение содер-
жания кремния в катоде (образец 14) также
позволяет повысить количество кремния
в покрытиях.
Исследование фазового состава по кры-
тий Ti-N и Ti-Si-N проводились рент ге но-
структурным методом. Исследования показали,
что во всех покрытиях формируется нитрид
с кубической структурой типа NaCl, характер-
ной для TiN. Никаких других кристаллических
фаз выявлено не было. В покрытиях обнару-
жена сильная текстура аксиального типа. Уста-
новлено, что изменение места подачи азота
в вакуумную камеру и присутствие кремния
в катоде не меняют основных закономерностей
10
6
4
2
0 1 2 3
0
10
20
30
40
Н
, Г
П
а
U, кВ
C
S
i,
ат
. %
8
Рис. 5. Влияние амплитуды импульсного потенциала
смещения на подложке частотой 12 кГц на содержа-
ние кремния и твердость Ti-Si-N покрытий, осажден-
ных из катода с 15 ат. % кремния при давлении азота
5·10–2 Па без добавки Ar
В. В. ВАСИЛЬЕВ, А. А. ЛУЧАНИНОВ, Е. Н. РЕШЕТНЯК, В. Е. СТРЕЛЬНИЦКИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 157
формирования текстуры в покрытиях, которые
наблюдались ранее для покрытий TiN [16,
19]. Преимущественная ориентация зерен
определяется параметрами высоковольтного
импульсного потенциала смещения на по-
дложке. Типичные дифрактограммы покрытий
приведены на рис. 6. При амплитуде в интер-
вале (0,5–2,5) кВ и частоте подачи импульсов
12 кГц в покрытиях формируется сильная
аксиальная текстура с осью [110] в направ-
лении нормали к поверхности покрытия.
Единственной линией нитрида присутству-
ющей на дифрактограммах является линия
(220) (рис. 6 а). При уменьшении частоты до
1,3 кГц ось текстуры изменяется на [100] (см.
рис. 6 б). Размер областей когерентного рас-
сеяния (ОКР) нитрида в пленках определялся
по уширению линии (220) из соотношения
Шеррера. Для покрытий TiN, осажденных из
катода ВТ1-0, размер ОКР составлял 13 нм.
Покрытия, осажденные из порошковых ка-
тодов, имели размеры ОКР на уровне 7 нм.
Таким образом, добавление кремния приводит
к измельчению зерен в покрытиях.
Почти все покрытия характеризуются
достаточно высокой твердостью в пред-
елах 26–37 ГПа. Следует отметить имею-
щуюся тенденцию к увеличению твердости
Ti-Si-N покрытий при уменьшении давле-
ния азота при осаждении (рис. 4). Зависи-
мость твердости покрытий от амплитуды
высоковольтных импульсов на подложке
(рис. 5) является немонотонной с максиму-
мом около 1 кВ.
Известно, что твердость покрытий си сте-
мы Ti-Si-N зависит от многих факторов, среди
которых определяющими являются два: содер-
жание кремния и плотность дефектов кристал-
лической структуры и свя занный с ней уровень
остаточных напряжений. В экспериментах
чаще контролируют содержание Si. Количе-
ственное выявление дефектности структуры
требует наличия высококачественной
электронной микроскопии. В имеющейся
литературе, как правило, одновременный
анализ обоих факторов отсутствует. Влияние
содержания Si на твердость было исследо-
вано для покрытий Ti-Si-N, произведенных
различными методами в разных условиях:
магнетронным распылением [26–28], осаж-
дением в условиях ионной бомбардировки
[29] и вакуумно-дуговым способом [30–33].
Для покрытий Ti-Si-N, полученных вакуумно-
дуговым способом, твердость линейно возрас-
тала с ростом содержания Si до 7,9 ат. % [32]
или 14 ат. % [33]. В покрытиях, осажденных
по гибридной CVD/PVD методике [34] на-
блюдался максимум при 10 ат. %, а при осаж-
дении в условиях ионной бомбардировки —
при 11,3 ат. % [29]. При получении покрытий
магнетронным способом зафиксировали мак-
симум при 8,6 ат. % [28].
Влияние содержания кремния на твер-
дость покрытий в наших исследованиях
не является однозначным, поскольку при
изменении параметров осаждения меня-
ется не только содержание кремния, но
и содержание азота, уровень остаточных
напряжений, субструктура покрытий и дру-
гие характеристики, к которым чувствитель-
на твердость. Однако следует отметить, что
более высокую твердость имеют покрытия
с содержанием кремния более 3,5 ат. %.
I,
ус
л.
е
д.
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
(2
22
)
(3
11
)
(2
20
)
S(2
00
)
(1
11
)
80
2θ, град.
а
I,
ус
л.
е
д.
30 35 40 45
2θ, град.
50 55 60 65 70 75 80
(2
22
)
(3
11
)
S(2
20
)
S(2
00
)
(1
11
)
б
Рис. 6. Типичные рентгеновские дифрактограммы
ва куумно-дуговых покрытий Ti-Si-N (излучение
Cu-Kα, штриховыми линиями обозначено положе-
ние линий TiN, S — линии подложки): а — образец
№ 7 с аксиальной текстурой [110]; б — образец № 10
с аксиальной текстурой [100]
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2158
Обсуждение результатов
Известно, что в процессе работы вакуумно-
дуговых источников плазмы между
электродами устройства зажигается и по-
ддерживается вакуумный дуговой разряд, го-
рящий в парах материала, например металла,
из которого изготовлен катод. Генерация ра-
бочего вещества осуществляется из катодных
пятен, перемещающихся по относительно
холодной поверхности катода. В катодных
пятнах плотность выделяемой мощнос-
ти достигает значений (1010–1013) Вт/м2.
В них интенсивно протекают локальные
процессы испарения и ионизации паров ма-
териала катода. При отсутствии внешних
магнитных полей направление движения
катодных пятен носит хаотический характер
либо направленный дрейфовый характер,
обусловленный взаимодействием разрядного
тока с собственным магнитным полем.
Условием нормального функционирова-
ния вакуумно-дугового устройства является
расположение зоны наиболее вероятност-
ного нахождения катодного пятна при его
перемещениях на рабочей торцевой поверх-
ности катода. Конструкция катодного узла
такова, что инициация вакуумно-дугового
разряда (поджиг) осуществляется на боко-
вой поверхности катода, после чего катодное
пятно перемещается и удерживается на тор-
цевой поверхности под действием внешнего
аксиально-симметричного магнитного поля.
Для металлических катодов, полученных
методами традиционной металлургии,
выход пятна на рабочую поверхность осу-
ществляется достаточно быстро, а вакуум-
но-дуговой разряд горит стабильно. Катоды,
полученные методом порошковой металлур-
гии, особенно многокомпонентные, имеют
повышенную пористость, худшую тепло
и электропроводность, что может приводить к
замедлению перемещения пятна, его привяз-
ке к боковой поверхности и частым погасани-
ям разряда, требующим повторного поджига.
При этом вследствие малой скорости переме-
щения пятна и плохого теплоотвода на таком
катоде могут возникнуть локальные оплавле-
ния по траектории движения катодного пятна.
Эти оплавления в виде зубчатого рельефа и
наблюдались нами в штатном режиме работы
вакуумно-дугового источника фильтрованной
плазмы с экспериментальными образцами
порошковых многокомпонентных катодов
системы Ti-Si. Негативное влияние привязки
катодного пятна к боковой поверхности като-
да приводило к образованию на ней бороздок
и «козырька», и вызывало нестабильность го-
рения разряда.
Как показали эксперименты, эти про-
блемы частично могут быть решены путем
внесения изменений в режим работы ис-
точника плазмы, в частности изменени-
ем состава рабочего газа и способа его
подачи, а также корректировкой схемы
электропитания. В этих условиях катоды,
содержащие 10–15 ат. % кремния, могут
быть эффективно использованы для получе-
ния покрытий системы Ti-Si-N из фильтро-
ванной вакуумно-дуговой плазмы. Катоды,
содержащие около 20 ат. % кремния, могут
быть использованы при условии доработки
технологии их изготовления с целью улуч-
шения их однородности.
Известно, что важным фактором, влия-
ющим на работоспособность порошкового
катода и свойства получаемых вакуумно-
дуговых нитридных покрытий, является
структура катода, а именно размер зерен
материалов, из которых он состоит. В по-
следнее время появились исследования,
в которых показано существенное влияние
размера зерен Ti и Si, или Ti и TiSi2 из которых
изготавливался катод методом искрового
плазменного синтеза или горячего изоста-
тического прессования. Зерна, из которых
производили катод, имели начальный размер
8, 20, 110 и 600 мкм [30]. В сформирован-
ном катоде присутствовали фазы TiSi, TiSi2
и Ti5Si3. Выявлена преимущественная
эрозия фазы Ti5Si3, причем при увеличении
размера зерна в катоде этот эффект усили-
вается. При этом уменьшается скорость
осаждения покрытий. Таким образом, со-
гласно этим данным для изготовления Ti-Si-N
покрытий вакуумно-дуговым методом имеет
смысл использовать катоды с равномерным
по объему распределением компонентов
и наименьшим размером составляющих
зерен. Выполнение этих условий позво-
лит более гибко изменять условия осажде-
ния покрытий без ухудшения стабильности
работы источника фильтрованной плазмы.
В. В. ВАСИЛЬЕВ, А. А. ЛУЧАНИНОВ, Е. Н. РЕШЕТНЯК, В. Е. СТРЕЛЬНИЦКИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 159
В частности уменьшить давление азота
при осаждении, что позволит формировать
покрытия с оптимальным содержанием азота
и кремния. Ожидается, что такие условия
обеспечат формирование покрытий с более
высокой твердостью.
ВЫВОДЫ
1. Изучены возможности получения мето-
дом порошковой металлургии материалов
системы Ti-Si пригодных для изготовле-
ния катодов, используемых при вакуум-
но-дуговом осаждении упрочняющих
нитридных покрытий. Обнаружено, что
при содержании кремния (10–25) ат. %
замена исходной смеси элементарных
порошков Ti + Si на смесь, содержащую
силицид Ti + Ti5Si3, приводит к резкой
интенсификации объемной усадки в про-
цессе спекания и получению катодных
материалов с минимальной пористостью.
Установлено, что спекание порошковых
смесей Ti + Ti5Si3 обеспечивает синтез
качественных катодных материалов с со-
держанием кремния до 15 ат %.
2. Проведено исследование работы вакуум-
но-дугового источника фильтрованной
плазмы с полученными порошковыми
катодами системы Ti-Si. Установлено,
что в штатном режиме работы источни-
ка плазмы возникают проблемы со ста-
бильностью горения вакуумно-дугового
разряда, обусловленные возникновением
дефектов на боковой поверхности катодов
вследствие уменьшения скорости движе-
ния катодного пятна. Использован способ
подачи реакционного газа (азота) в ваку-
умную камеру через источник фильтро-
ванной вакуумно-дуговой плазмы, что
позволило добиться стабильной работы
порошковых катодов при осаждении
покрытий нитридов. Использование ка-
тодов с минимальным размером составля-
ющих зерен может позволить более гибко
изменять условия осаждения покрытий
без ухудшения стабильности работы ис-
точника плазмы.
3. В условиях подачи высоковольтного им-
пульсного потенциала смещения на под-
лож ку получены покрытия системы
Ti-Si-N. Исследовано влияние параметров
осаждения на состав, структуру и свойства
по кры тий. Обнаружено, что содержание
кре м ния в покрытиях в 2–7 раз ниже, чем
в ка тоде. Установлены параметры процес-
са (исключение аргона из состава рабоче-
го газа, амплитуда потенциала смещения
не вы ше 1 кВ, давление азота в интервале
(3–5)·10–2 Па), позволяющие обеспечить
оптимальное содержание азота и кремния
в покрытиях, необходимое для формирова-
ния наноструктурных покрытий с высокой
твердостью.
Работа выполнена при финансовой под-
держке РФФИ (проект 14-08-90403) и НАН
Украины (проект 24-08-14).
ЛИТЕРАТУРА
1. Veprek S., Veprek-Heijman M., Karvankova P.,
Prochazka J. Different approaches to superhard
coatings and nanocomposites // Thin Solid
Films. — 2005. — Vol. 476. — P. 1–29.
2. Shtansky D. V., Kiryukhantsev-Korneev Ph. V.,
Bash kova I. A., Sheveiko A. N., Levashov E. A.
Mul ticomponent nanostructured films for va-
rious tribological applications // Int. J. Ref.
Met. Hard Mater. — 2012. — Vol. 28. —
P. 32–39.
3. Levashov E. A., Larikhin D. V., Shtansky D. V.,
Rogachev A. S., Grigoryan H. E., Moore J. J.
Self-propagating high-temperature synthesis
of functionally graded PVD targets with a ce-
ramic working layer of TiB2-TiN or Ti5Si3-TiN
// Journal of Materials Synthesis and Pro-
cessing. — 2002. — Vol. 10, No. 6.
4. Кирюханцев-Корнеев Ф. В., Петржик М. И.,
Шевейко А. Н., Левашов Е. А., Штан с-
кий Д. В. Влияние Al, Si и Cr на тер мическую
стабильность и стойкость к высокотем пе-
ратурному окислению покрытий на осно-
ве боронитрида титана // Физика метал-
лов и ме талловедение. — 2007. — Т. 104,
№ 2. — С. 176–183.
5. Shtansky D. V., Sheveiko A. N., Petrzhik M. I.,
Ki ryukhantsev-Korneev F. V., Levashov E. A.,
Leyland A., Yerokhin A. L., Matthews A. Hard
tribological Ti-B-N, Ti-Cr-B-N, Ti-Si-B-N and
Ti-Al-Si-B-N coatings // Surface & Coatings
Technology. — 2005. — Vol. 200, No. 1–4. —
SPEC. ISS. — P. 208–212.
6. Shtansky D. V., Kuptsov K. A., Kiryukhantsev-
Korneev Ph. V., Sheveyko N. High thermal
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2160
stability of TiAlSiCN coatings with «comb»
like nanocomposite structure // Surface & Co-
atings Technology. — 2012. — Vol. 206. —
P. 4840–4849.
7. Paternoster C., Fabrizi A., Cecchini R., Spi-
ga relli S., Kiryukhantsev-Korneev Ph. V.,
She veyko A.. Thermal evolution and me-
chanical properties of hard Ti-Cr-B-N and
Ti-Al-Si-B-N coatings // Surface & Coatings
Technology. — 2008. — Vol. 203. — P. 736–
740.
8. Stansky D. V., Kuptsov K. A., Kiryukhantsev-
Korneev Ph. V., Sheveiko A. N., Marvin B. N.,
Fer nandez A., Petrzhik M. I. Comparative
investigation of Al- and Cr- doped TiSiCN co-
atings // Surface & Coatings Technology. —
2009. — Vol. 203. — P. 3595–3609.
9. Park O., Park J., Yoon S., Lee M., Kim K.
Tribological behavior of Ti-Si-N coating lay-
ers prepared by a hybrid system of arc ion pla-
ting and sputtering techniques // Surface and
co atings technology. — 2004. — Vol. 179. —
P. 83–88.
10. Xu Y., Li L., Cai X., Chu P. Hard nanocomposite
Ti-Si-N films prepared by DC reactive
magnetron sputtering using Ti-Si mosaic target
// Surface and coatings technology. — 2007. —
Vol. 20. — P. 6824–6827.
11. Прибытков Г. А., Гурских А. В., Шула-
ев В. М., Андреев А. А., Коржова В. В.
Иссле дование покрытий, осажденных при
ва куумно-дуговом испарении спеченных
по рошковых катодов титан-кремний // Фи-
зика и химия обработки материалов. —
2009. — № 6. — C. 34–40.
12. Васильев В. В., Лучанинов А. А., Решет-
няк Е. Н., Стрельницкий В. Е. и др. Струк-
тура и твердость Ti-N и Ti-Si-N покрытий,
осажденных из фильтрованной вакуумно-
дуговой плазмы // ВАНТ. — 2009. — № 2. —
С. 173–180.
13. Белоус В. А., Заднепровский Ю. А., Ломи-
но Н. С., Соболь О. В. Роль аргона в газовой
смеси с азотом при получении нитридных
конденсатов системы Ti-Si-N в вакуумно-
дуговых процессах осаждения // ЖТФ. —
2013. — Т. 83, вып. 7. — С. 69–76.
14. Korosteleva E. N., Pribytkov G. A., Gurs-
kikh A. V. Bulk changes and structurization in
solid-phase sintering of titanium-silicon pow-
der mixtures // Powder metallurgy and metal
ceramics. — 2009. — Vol. 48, No. 1–2. —
P. 8–12.
15. Zhang G. P., Gaob G. J., Wang X. Q., Lv G. H.,
Zhou L., Chen H., Pang H., Yang S. Z. Influence
of pulsed substrate bias on the structure
and properties of Ti-Al-N films deposited
by ca thodic vacuum arc // Applied Surface
Science. — 2012. — Vol. 258. — P. 7274–7279.
16. Mukherjee S., Prokert F., Richter E., Möller W.
Comparison of TiN and Ti1–xAlxN coatings
deposited on Al using plasma immersion ion
implantation assisted deposition // Surface &
Coatings Technology. — 2005. — Vol. 200. —
P. 2459–2464.
17. Vasyliev V. V., Luchaninov A. A., Re shet-
nyak E. N., Strel’nitskij V. E. Comparative
characteristics of stress and structure of TiN
and Ti0,5–xAl0,5YxN coatings prepared by filtered
vacuum-arc PIIID method // Proceedings of
the International Conference Nanomaterials:
Applications and Properties. — 2012. —
Vol. 1, No 2. — 02NFC24–1–3.
18. Mukherjee S., Prokert F., Richter E., Moller W.
Intrinsic stress and preferred orientation in
TiN coatings deposited on Al using plasma
immersion ion implantation assisted deposition
// Thin Solid Films. — 2003. — Vol. 445. —
P. 48–53.
19. Belous V. A., Vasyliev V. V., Goltvyanytsya V. S.,
Goltvyanytsya S. K. et al. Structure and pro-
perties of Ti-Al-Y-N coatings deposited from
filtered vacuum-arc plasma // Surface & Co-
atings Technology. — 2011. — Vol. 206. —
P. 1720–1726.
20. Belous, Vasyliev V., Luchaninov A., Ma ri-
nin V., Reshetnyak E., Strel’nitskij V., Golt-
vya nytsya S., Goltvyanytsya V. Cavitation
and abrasion resistance of Ti-Al-Y-N coatings
prepared by the PIII&D technique from filtered
vacuum-arc plasma // Surface & Coatings
Technology. — 2013. — Vol. 223. — P. 68–74.
21. Свойства, получение и применение туго-
плав ких соединений: справ. / Под ред.
Т. Я. Ко солаповой. — М.: Металлургия,
1986. — 928 с.
22. Васильєв В. В., Стрельницький В. Є. Спосіб
транспортування вакуумно-дугової катодної
плазми із фільтруванням від мікрочасток
і пристрій для його здійснення / Патент
України на винахід № 97584 від 27.02.2012.
23. Kolbeck J., Anders A. Unusual Cathode Erosion
В. В. ВАСИЛЬЕВ, А. А. ЛУЧАНИНОВ, Е. Н. РЕШЕТНЯК, В. Е. СТРЕЛЬНИЦКИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 161
Patterns Observed for Steered Arc Sources
// IEEE Transactions on Plasma Science. —
2014. — Vol. 42, Issue 10. — P. 2602–2603.
24. Андреев А. А., Саблев Л. П., Шулаев В. М.,
Григорьев С. Н. Вакуумно-дуговые устрой-
ства и покрытия. — Харьков: ННЦХФТИ,
2005. — 236 с.
25. Кунченко В. В., Кунченко Ю. В., Карт-
мазов Г. Н., Неклюдов И. М. и др. На-
ноструктурные сверхтвердые nc-TiN/a-
Si3N4-покрытия, полученные методом
вакуумно-дугового осаж дения // Вопросы
атомной науки и техники, Сер.: Физика ра-
диационных повреждений и радиацион-
ное материаловедение. — 2006. — № 4. —
C. 185–190.
26. Soderberg H., Oden M. Growth and
characterization of TiN/SiN(001) superlattice
films // Jour. Mater. Res. — 2007. —
Vol. 22. — P. 3255–3264.
27. Shtansky D. V., Lyasotsky I. V., D’ya ko no -
va N. B., Kiryukhantsev-Korneev F. V., Ku-
linich S. A., Levashov E. A., Moore J. J.
Com parative investigation of Ti-Si-N films
mag netron sputtered using Ti5Si3 + Ti and
Ti5Si3 + TiN targets // Surface & Coatings Tech-
nology. — 2004. — Vol. 182. — P. 204–214.
28. Zhang C. H., Lu X. C., Wang H., Luo J. B.,
Shen Y. G., Li K. Y. Microstructure, mechanical
properties, and oxidation resistance of nano-
composite Ti-Si-N coatings //Appl. Surf.
Sci. — 2006. — Vol. 252. — P. 6141–6153.
29. Zhang P., Cai Z., Xiong W. Influence of Si con-
tent and growth condition on the microstructure
and mechanical properties of Ti-Si-N nano-
composite films // Surface & Coatings Tech-
nology. — 2007. — Vol. 201. — P. 6819–6823.
30. Zhu J. Q., Johansson-Joesaar M. P., Polcik P.,
Jen sen J., Greczynski G., Hultman L., Oden M.
Influence of Ti-Si cathode grain size on the
cathodic arc process and resulting Ti-Si-N
coatings // Surface & Coatings Technology. —
2013. — Vol. 235. — P. 637–647.
31. Chang C., Lin C., Tsai P., Ho W., Liu W.,
Wang D. Mechanical and corrosion properties
of (Ti, Si)N coating synthesized by cathodic
arc plasma evaporation // Surface & Coatings
Tech nology. — 2008. — Vol. 202. — P. 5516–
5520.
32. Chang C., Chen J., Tsai P., Ho W., Wang D.
Synthesis and characterization of nano-
com posite Ti-Si-N hard coating by filtered ca-
thodic arc deposition // Surface & Coatings
Technology. — 2008. — Vol. 203. — P. 619–
623.
33. Flink A., Larsson T., Sjolen J., Karlsson L.,
Hultman L.. Influence of Si on the micro-
structure of arc evaporated (Ti, Si)N thin
films; evidence for cubic solid solutions and
their thermal stability // Surface & Coatings
Technology. — 2005. — Vol. 200. — P. 1535–
1542.
34. Zhang X. D., Meng W. J., Wang W., Rehn L. E.,
Baldo P. M., Evans R. D. Temperature de pen-
dence of structure and mechanical pro perties
of Ti-Si-N coatings // Surface & Coatings
Technology. — 2004. — Vol. 177–178. —
P. 325–333.
LITERATURA
1. Veprek S., Veprek-Heijman M., Karvankova P.,
Prochazka J. Different approaches to superhard
coatings and nanocomposites // Thin Solid
Films. — 2005. — Vol. 476. — P. 1–29.
2. Shtansky D. V., Kiryukhantsev-Korneev Ph. V.,
Bash kova I. A., Sheveiko A. N., Levashov E. A.
Multicomponent nanostructured films for va-
rious tribological applications // Int. J. Ref.
Met. Hard Mater. — 2012. — Vol. 28. —
P. 32–39.
3. Levashov E. A., Larikhin D. V., Shtansky D. V.,
Ro gachev A. S., Grigoryan H. E., Moore J. J.
Self-propagating high-temperature synthesis
of functionally graded PVD targets with a ce-
ramic working layer of TiB2-TiN or Ti5Si3-TiN
// Journal of Materials Synthesis and Pro-
cessing. — 2002. — Vol. 10, No. 6.
4. Kiryuhancev-Korneev F. V., Petrzhik M. I.,
She vejko A. N., Levashov E. A., Shtanskij D. V.
Vliyanie Al, Si i Cr na termicheskuyu sta-
bil’nost’ i stojkost’ k vysokotemperaturnomu
okisleniyu pokrytij na osnove boronitrida
titana // Fizika metallov i metallovedenie. —
2007. — Vol. 104, No. 2, — P. 176–183.
5. Shtansky D. V., Sheveiko A. N., Petrzhik M. I.,
Kiryukhantsev-Korneev F. V., Levashov E. A.,
Leyland A., Yerokhin A. L., Matthews A. Hard
tribological Ti-B-N, Ti-Cr-B-N, Ti-Si-B-N and
Ti-Al-Si-B-N coatings // Surface & Coatings
Technology. — 2005. — Vol. 200, No. 1–4.
SPEC. ISS. — P. 208–212.
6. Shtansky D. V., Kuptsov K. A., Kiryukhantsev-
ПРИМЕНЕНИЕ ПОРОШКОВЫХ КАТОДОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ Ti-Si-N ПОКРЫТИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2162
Korneev Ph. V., Sheveyko N. High thermal
stability of TiAlSiCN coatings with «comb»
like nanocomposite structure // Surface & Co-
atings Technology. — 2012. — Vol. 206. —
P. 4840–4849.
7. Paternoster C., Fabrizi A., Cecchini R., Spi ga-
relli S., Kiryukhantsev-Korneev Ph. V., She-
veyko A. Thermal evolution and mechanical
properties of hard Ti-Cr-B-N and Ti-Al-Si-B-N
coatings // Surface & Coatings Technology. —
2008. — Vol. 203. — P. 736–740.
8. Stansky D. V., Kuptsov K. A., Kiryukhantsev-
Korneev Ph. V., Sheveiko A. N., Marvin B. N.,
Fer nandez A., Petrzhik M. I. Comparative in-
vestigation of Al- and Cr- doped TiSiCN co-
atings // Surface & Coatings Technology. —
2009. — Vol. 203. — P. 3595–3609.
9. Park O., Park J., Yoon S., Lee M., Kim K.
Tribological behavior of Ti-Si-N coating
layers prepared by a hybrid system of arc ion
plating and sputtering techniques // Surface and
coatings technology. — 2004. — Vol. 179. —
P. 83–88.
10. Xu Y., Li L., Cai X., Chu P. Hard nanocomposite
Ti-Si-N films prepared by DC reactive mag-
netron sputtering using Ti-Si mosaic target //
Surface and coatings technology. — 2007. —
Vol. 20. — P. 6824–6827.
11. Pribytkov G. A., Gurskih A. V., Shulaev V. M.,
Andreev A. A., Korzhova V. V. Issledovanie
pokrytij, osazhdennyh pri vakuumno-dugovom
isparenii spechennyh poroshkovyh katodov
titan–kremnij // Fizika i himiya obrabotki
materialov. — 2009. — No. 6. — P. 34—40.
12. Vasil’ev V. V., Luchaninov A. A., Reshet-
nyak E. N., Strel’nickij V. E. i dr. Struktura
i tver dost’ Ti-N i Ti-Si-N pokrytij, osazhdennyh
iz fil’trovannoj vakuumno-dugovoj plazmy //
VANT. — 2009. — No. 2. — P. 173–180.
13. Belous V. A., Zadneprovskij Yu. A., Lomi-
no N. S., Sobol’ O. V. Rol’ argona v gazovoj
sme si s azotom pri poluchenii nitridnyh kon-
den satov sistemy Ti-Si-N v vakuumno-dugo-
vyh processah osazhdeniya // ZhTF. —
2013. — Vol. 83, vyp. 7. — P. 69–76.
14. Korosteleva E. N., Pribytkov G. A., Gurs-
kikh A. V. Bulk changes and structurization
in solid-phase sintering of titanium-silicon
powder mixtures // Powder metallurgy and me-
tal ceramics. — 2009. — Vol. 48, No. 1–2. —
P. 8–12.
15. Zhang G. P., Gaob G. J., Wang X. Q., Lv G. H.,
Zhou L., Chen H., Pang H., Yang S. Z. In-
fluence of pulsed substrate bias on the structure
and properties of Ti-Al-N films deposited
by cathodic vacuum arc // Applied Surface
Science. — 2012. — Vol. 258. — P. 7274–7279.
16. Mukherjee S., Prokert F., Richter E., Möller W.
Comparison of TiN and Ti1–xAlxN coatings
deposited on Al using plasma immersion ion
implantation assisted deposition // Surface &
Coatings Technology. — 2005. — Vol. 200. —
P. 2459–2464.
17. Vasyliev V. V., Luchaninov A. A., Reshet-
nyak E. N., Strel’nitskij V. E. Comparative cha-
rac teristics of stress and structure of TiN and
Ti0,5–xAl0,5YxN coatings prepared by filtered
vacuum-arc PIIID method // Proceedings of
the International Conference Nanomaterials:
Applications and Properties. — 2012. —
Vol. 1, No. 2. — 02NFC24–1–3.
18. Mukherjee S., Prokert F., Richter E., Moller W.
Intrinsic stress and preferred orientation in
TiN coatings deposited on Al using plasma
immersion ion implantation assisted deposition
// Thin Solid Films. — 2003. — Vol. 445. —
P. 48–53.
19. Belous V. A., Vasyliev V. V., Goltvyanytsya V. S.,
Goltvyanytsya S. K. et al. Structure and pro-
perties of Ti-Al-Y-N coatings deposited from
filtered vacuum-arc plasma // Surface &
Coatings Technology. — 2011. — Vol. 206. —
P. 1720–1726.
20. Belous, Vasyliev V., Luchaninov A., Ma-
rinin V., Reshetnyak E., Strel’nitski V., Golt-
vyanytsya S., Goltvyanytsya V. Cavitation and
abrasion resistance of Ti-Al-Y-N coatings pre-
pared by the PIII&D technique from filtered
vacuum-arc plasma // Surface & Coatings
Technology. — 2013. — Vol. 223. — P. 68–74.
21. Svojstva, poluchenie i primenenie tugo plav-
kih soedinenij: sprav. / Pod red. T. Ya. Ko-
solapovoj. — M.: Metallurgiya, 1986. — 928 p.
22. Vasil’єv V. V., Strel’nic’kij V. Є. Sposіb tran-
sportuvannya vakuumno-dugovoї katodnoї
plaz mi іz fіl’truvannyam vіd mіkrochastok
і pris trіj dlya jogo zdіjsnennya / Patent Ukraїni
na vinahіd № 97584 vіd 27.02.2012.
23. Kolbeck J., Anders A. Unusual Cathode Erosion
Patterns Observed for Steered Arc Sources
// IEEE Transactions on Plasma Science. —
2014. — Vol. 42, Issue 10. — P. 2602–2603.
В. В. ВАСИЛЬЕВ, А. А. ЛУЧАНИНОВ, Е. Н. РЕШЕТНЯК, В. Е. СТРЕЛЬНИЦКИЙ...
ФІП ФИП PSE, 2015, т. 13, № 2, vol. 13, No. 2 163
24. Andreev A. A., Sablev L. P., Shulaev V. M.,
Grigor’ev S. N. Vakuumno-dugovye ustrojstva
i pokrytiya. — Har’kov: NNCHFTI, 2005. —
236 p.
25. Kunchenko V. V., Kunchenko Yu. V., Kar-
tmazov G. N., Neklyudov I. M. i dr. Na nostruk-
turnye sverhtverdye nc-TiN/a-Si3N4-pok rytiya,
poluchennye metodom vakuumno-dugovogo
osaz hdeniya // Voprosy atomnoj nauki i
tehniki, Ser.: Fizika radiacionnyh povrezhdenij
i ra di acionnoe materialovedenie. — 2006. —
No. 4. — P. 185–190.
26. Soderberg H., Oden M. Growth and charac-
terization of TiN/SiN(001) superlattice films
// Jour. Mater. Res. — 2007. — Vol. 22. —
P. 3255–3264.
27. Shtansky D. V., Lyasotsky I. V., D’ya ko-
no va N. B., Kiryukhantsev-Korneev F. V.,
Kulinich S. A. , Levashov E. A., Moore J. J.
Comparative investigation of Ti-Si-N films
magnetron sputtered using Ti5Si3 + Ti and
Ti5Si3 + TiN targets // Surface & Coatings Tech-
nology. — 2004. — Vol. 182. — P. 204–214.
28. Zhang C. H., Lu X. C., Wang H., Luo J. B.,
Shen Y. G., Li K. Y. Microstructure, mechanical
properties, and oxidation resistance of nano-
composite Ti-Si-N coatings // Appl. Surf.
Sci. — 2006. — Vol. 252. — P. 6141– 6153.
29. Zhang P., Cai Z., Xiong W. Influence of Si
content and growth condition on the micro-
structure and mechanical properties of Ti-Si-N
nanocomposite films // Surface & Coatings
Technology. — 2007. — Vol. 201. — P. 6819–
6823.
30. Zhu J. Q., Johansson-Joesaar M. P., Polcik P.,
Jensen J., Greczynski G., Hultman L., Oden M.
In fluence of Ti-Si cathode grain size on the
cathodic arc process and resulting Ti-Si-N
coatings // Surface & Coatings Technology. —
2013. — Vol. 235. — P. 637–647.
31. Chang C., Lin C., Tsai P., Ho W., Liu W.,
Wang D. Mechanical and corrosion properties
of (Ti, Si)N coating synthesized by cathodic
arc plasma evaporation // Surface & Coatings
Technology. — 2008. — Vol. 202. — P. 5516–
5520.
32. Chang C., Chen J., Tsai P., Ho W., Wang D.
Synthesis and characterization of nano-
com posite Ti-Si-N hard coating by filtered
cathodic arc deposition // Surface & Coatings
Technology. — 2008. — Vol. 203. — P. 619–
623.
33. Flink A., Larsson T., Sjolen J., Karlsson L.,
Hultman L. Influence of Si on the microstructure
of arc evaporated (Ti, Si)N thin films; evidence
for cubic solid solutions and their thermal
stability // Surface & Coatings Technology. —
2005. — Vol. 200. — P. 1535–1542.
34. Zhang X. D., Meng W. J., Wang W., Rehn L. E.,
Baldo P. M., Evans R. D. Temperature depen-
dence of structure and mechanical properties
of Ti-Si-N coatings // Surface & Coatings
Technology. — 2004. — Vol. 177–178. —
P. 325–333.
|