Analysis of Fracture Behavior of Thin Polycrystalline Diamond Films

• Опубліковано в: : Проблемы прочности
• Дата: 2014
• Автори: Li, D.S., Zuo, D.W., Qin, Q.H.
• Формат: Стаття
• Мова: Англійська
• Опубліковано: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2014
• Теми: Научно-технический раздел
• Онлайн доступ: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112698
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Цитувати: Analysis of Fracture Behavior of Thin Polycrystalline Diamond Films / D.S. Li, D.W. Zuo, Q.H. Qin // Проблемы прочности. — 2014. — № 2. — С. 22-28. — Бібліогр.: 15 назв. — англ.

The effect of the substrate temperature and CH₄
 concentrations on the fracture behavior of thin
 polycrystalline diamond films was systematically
 investigated by X-ray diffraction and scanning
 electron microscopy. The results show that the
 fracture behavior of thin polycrystalline diamond
 films synthesized by direct current plasma jet
 chemical vapor deposition is closely related to
 the substrate temperature and CH₄ concentrations.
 A high substrate temperature, due to difference
 in the thermal expansion coefficients of the
 substrate and the diamond film, causes thin
 polycrystalline diamond films to generate high
 residual stresses, which usually exceed fracture
 strength of thin diamond film and even that of diamond.
 The fracture toughness is found to drop
 with the increasing ratio of CH₄ concentration.
 In case of high CH₄ concentrations, various defects
 and impurities, such as cracks, microscopic
 holes, graphite, and amorphous carbon
 were observed in the films. Thus, the substrate
 temperature and CH₄ concentrations should be
 strictly controlled within an appropriate
 range. С помощью рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии исследовано влияние температуры подложки и показателя концентрации CH₄ на поведение тонких поликристаллических алмазных пленок при разрушении. Показано, что поведение при разрушении тонких поликристаллических алмазных пленок, синтезированных химическим осаждением покрытия с помощью плазменной струи при постоянном токе, зависит от температуры подложки и показателя концентрации CH₄. Большая температура подложки приводит к возникновению высоких остаточных напряжений в тонких поликристаллических алмазных пленках вследствие различных значений коэффициента теплового расширения подложки и алмазной пленки, которые, как правило, оказываются выше значений сопротивления разрушению тонкой алмазной пленки и алмаза. Обнаружено, что вязкость разрушения уменьшается с увеличением показателя концентрации CH₄. По достижении высоких показателей концентрации CH₄ в тонких пленках образуются такие дефекты и примеси, как трещины, микроскопические отверстия, углерод в форме графита и аморфный углерод. Температуру подложки и показатель концентрации CH₄ необходимо контролировать в надлежащем диапазоне. За допомогою рентгенівської дифракції і скануючої електронної мікроскопії досліджено вплив температури підкладки і показника концентрації CH₄ на поведінку тонких полікристалічних алмазних плівок під час руйнування. Показано, що поведінка при руйнуванні тонких полікристалічних алмазних плівок, синтезованих хімічним осадженням покриття за допомогою плазмового струменя на основі постійного струму, залежить від температури підкладки і показника концентрації CH₄. Велика температура підкладки призводить до виникнення в тонких полікристалічних алмазних плівках високих залишкових напружень внаслідок різних значень коефіцієнта теплового розширення підкладки й алмазної плівки, які, як правило, вищі за значення опору руйнуванню тонкої алмазної плівки й алмаза. Виявлено, що в’язкість руйнування зменшується зі збільшенням показника концентрації CH₄. Після досягнення високих показників концентрації CH₄ у тонких плівках мають місце такі дефекти і домішки, як тріщини, макроскопічні отвори, вуглець у формі графіту і аморфний вуглець. Температуру підкладки і показник концентрації потрібно контролювати в необхідних межах.