Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства
На примере некоторых ГЦК-металлов с низкой энергией дефектов упаковки показано, что снижение температуры вакуумного осаждения ниже 0,4 Тn, где Тn – температура плавления металла, приводит к существенному повышению прочностных свойств вакуумных конденсатов, связанному с формированием зерен снанодвой...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наноструктурное материаловедение |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62740 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства / А.И. Устинов, Е.В. Фесюн, Т.В. Мельниченко, А.А. Некрасов, С.М. Романенко // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 4. — С. 45-53. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859668826756481024 |
|---|---|
| author | Устинов, А.И. Фесюн, Е.В. Мельниченко, Т.В. Некрасов, А.А. Романенко, С.М. |
| author_facet | Устинов, А.И. Фесюн, Е.В. Мельниченко, Т.В. Некрасов, А.А. Романенко, С.М. |
| citation_txt | Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства / А.И. Устинов, Е.В. Фесюн, Т.В. Мельниченко, А.А. Некрасов, С.М. Романенко // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 4. — С. 45-53. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наноструктурное материаловедение |
| description | На примере некоторых ГЦК-металлов с низкой энергией дефектов упаковки показано, что снижение температуры вакуумного осаждения ниже 0,4 Тn, где Тn – температура плавления металла, приводит к существенному повышению прочностных свойств вакуумных конденсатов, связанному с формированием зерен снанодвойниковой субструктурой. Для никеля также наблюдалось заметное увеличение микротвердости конденсатов при снижении температуры их осаждения. В настоящей работе исследовано влияние температуры подложки (в диапазоне температур 150–800 °С) на характеристики микро- и субструктуры вакуумных конденсатов никеля и проведено сопоставление этих характеристик с изменением их микротвердости. Показано, что повышение прочности вакуумных конденсатов при снижении температуры осаждения обусловлено формированием зерен с наноразмерными субзернами, границы которых являются эффективными барьерами для движения дислокаций.
На прикладі деяких ГЦК-металів із низькою енергією дефектів упаковки показано, що зниження температури вакуумного осадження нижче від 0,4Тn, де Тn – температура плавлення металу, призводить до суттєвого підвищення міцнісних властивостей вакуумних конденсатів, пов’язаного з формуванням зерен із нанодвійниковою субструктурою. Для нікелю також спостерігалося помітне збільшення мікротвердості конденсатів при зниженні температури осадження їх. У цій роботі досліджено вплив температурипідкладки (в діапазоні температур 150–800 °С) на характеристики мікро- та субструктури вакуумних конденсатів нікелю й проведено зіставлення цих характеристик зі змінами їхньої мікротвердості. Показано, що підвищення міцності вакуумних конденсатів при зниженні температури осадження обумовлено формуванням зерен із нанорозмірними елементами субструктури, межі яких є ефективними бар’єрами для руху дислокацій.
It was shown that a decreasing of the temperature deposition below 0,4 Тn, where Тn – is the metal melting temperature, results in an essential increasing of the strength properties of the condensates for some fcc metals. Such changes of the strength properties are determined by the nanotwinned structure of the condensates. In case of the nickel condensates a considerable rising of the condensate microhardness at decreasing of the substrate temperature is also observed. Influence of the substrate temperature (in the range of 150–800 °C) on the micro- and substructure of the nickel vacuum condensates is investigated in this work. Comparison between microstructure and microhardness is given. It is shown that an increasing the strength properties of the condensates at a decreasing of the substrate temperature are caused by the nanoscale grain boundaries which are effective barriers for moving dislocations.
|
| first_indexed | 2025-11-30T12:33:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
À.È. Óñòèíîâ1, Å.Â. Ôåñþí1, Ò.Â. Ìåëüíè÷åíêî1,
À.À. Íåêðàñîâ2, Ñ.Ì. Ðîìàíåíêî1
1Èíñòèòóò ýëåêòðîñâàðêè èì. Å.Î. Ïàòîíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ã. Êèåâ, óë. Áîæåíêî, 11, Óêðàèíà, 03150
2Èíñòèòóò ìåòàëëîôèçèêè èì. Ã.Â. Êóðäþìîâà ÍÀÍ Óêðàèíû
ã. Êèåâ, áóëüâàð Àêàäåìèêà Âåðíàäñêîãî, 36, Óêðàèíà, 03142
ÂËÈßÍÈÅ ÌÈÊÐÎÑÒÐÓÊÒÓÐÛ
ÂÀÊÓÓÌÍÛÕ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÂ ÍÈÊÅËß
ÍÀ ÈÕ ÏÐÎ×ÍÎÑÒÍÛÅ ÑÂÎÉÑÒÂÀ
ÓÄÊ 621.793.14:548.4
Êëþ÷åâûå ñëîâà: âàêóóìíûé êîí-
äåíñàò, íèêåëü, ñóáñòðóêòóðà,
äâîéíèêè, ìèêðîòâåðäîñòü, ýëåê-
òðîííî-ëó÷åâîå èñïàðåíèå, ïàðî-
âàÿ ôàçà
Íà ïðèìåðå íåêîòîðûõ ÃÖÊ-ìåòàëëîâ ñ íèçêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè ïî-
êàçàíî, ÷òî ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû âàêóóìíîãî îñàæäåíèÿ íèæå 0,4 Òï, ãäå Òï –
òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ ìåòàëëà, ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó ïîâûøåíèþ ïðî÷-
íîñòíûõ ñâîéñòâ âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ, ñâÿçàííîìó ñ ôîðìèðîâàíèåì çåðåí ñ
íàíîäâîéíèêîâîé ñóáñòðóêòóðîé. Äëÿ íèêåëÿ òàêæå íàáëþäàëîñü çàìåòíîå óâå-
ëè÷åíèå ìèêðîòâåðäîñòè êîíäåíñàòîâ ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû èõ îñàæäå-
íèÿ. Â íàñòîÿùåé ðàáîòå èññëåäîâàíî âëèÿíèå òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè (â äèàïà-
çîíå òåìïåðàòóð 150–800 °Ñ) íà õàðàêòåðèñòèêè ìèêðî- è ñóáñòðóêòóðû âàêó-
óìíûõ êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ è ïðîâåäåíî ñîïîñòàâëåíèå ýòèõ õàðàêòåðèñòèê ñ
èçìåíåíèåì èõ ìèêðîòâåðäîñòè. Ïîêàçàíî, ÷òî ïîâûøåíèå ïðî÷íîñòè âàêóóì-
íûõ êîíäåíñàòîâ ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû îñàæäåíèÿ îáóñëîâëåíî ôîðìèðî-
âàíèåì çåðåí ñ íàíîðàçìåðíûìè ñóáçåðíàìè, ãðàíèöû êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ ýôôåê-
òèâíûìè áàðüåðàìè äëÿ äâèæåíèÿ äèñëîêàöèé.
Ââåäåíèå
Ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ ïðè ñíèæåíèè
òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè ïîâûøàþòñÿ, ÷òî ñâÿçûâàþò â ïåðâóþ î÷å-
ðåäü ñ óìåíüøåíèåì ðàçìåðà èõ çåðåí. Îäíàêî, ïî ìíåíèþ ðÿäà
èññëåäîâàòåëåé, íà ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà âàêóóìíûõ êîíäåíñà-
òîâ ìîæåò îêàçûâàòü âëèÿíèå è ñóáñòðóêòóðà çåðåí [1]. Ïðè èññëå-
äîâàíèè âëèÿíèÿ òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè íà õàðàêòåðèñòèêè ñóá-
ñòðóêòóðû âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ ðÿäà ìåòàëëîâ îòìå÷åíî, ÷òî
ïî ìåðå åå ñíèæåíèÿ ïëîòíîñòü äåôåêòîâ êðèñòàëëè÷åñêîãî ñòðîå-
À.È. ÓÑÒÈÍÎÂ, Å.Â. ÔÅÑÞÍ,
Ò.Â. ÌÅËÜÍÈ×ÅÍÊÎ,
À.À. ÍÅÊÐÀÑÎÂ,
Ñ.Ì. ÐÎÌÀÍÅÍÊÎ, 2010
©
ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ
È ÄÐÓÃÈÅ ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
46
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ È ÄÐÓÃÈÅ ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
íèÿ (äèñëîêàöèé, ñêîïëåíèÿ âàêàíñèé, äåôåêòîâ
óïàêîâêè è ãðàíèö äâîéíèêîâ) âîçðàñòàåò (cì.,
íàïðèìåð, [2]).
Ïðîâåäåííûå íàìè èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ
òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè íà ìèêðî- è ñóáñòðóê-
òóðó âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ íåêîòîðûõ
ÃÖÊ-ìåòàëëîâ ñ íèçêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïà-
êîâêè (Cu, ñïëàâ Ag-Cd [3–5]) ïîêàçàëè, ÷òî ïðè
òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè íèæå 0,4Òïë, ãäå Òïë –
òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ ìåòàëëà, ñóáñòðóêòóðà
çåðåí ñòàíîâèòñÿ ïîëèäîìåííîé, ò. å. ôîðìèðó-
åòñÿ äâîéíèêîâàÿ ñóáñòðóêòóðà. Ïðè äàëüíåé-
øåì ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè òîëùè-
íà äâîéíèêîâûõ äîìåíîâ óìåíüøàåòñÿ è ìîæåò
äîñòèãàòü íàíîðàçìåðíîãî ìàñøòàáà. Ñëåäóåò
îòìåòèòü, ÷òî íàáëþäàåìûå èçìåíåíèÿ ñóá-
ñòðóêòóðû ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû ïîäëîæ-
êè ñîïðîâîæäàþòñÿ ìîíîòîííûì óìåíüøåíèåì
ðàçìåðà çåðåí äî ñóáìèêðîííîãî ìàñøòàáà.
Îòìå÷åíî òàêæå, ÷òî â òåìïåðàòóðíîé îá-
ëàñòè îñàæäåíèÿ êîíäåíñàòîâ, ïðè êîòîðîé íà-
áëþäàåòñÿ êà÷åñòâåííîå èçìåíåíèå èõ ñóá-
ñòðóêòóðû (îêîëî 0,4Òïë), êðèñòàëëîãðàôè÷åñêàÿ
òåêñòóðà âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ ÃÖÊ-ìåòàë-
ëîâ òðàíñôîðìèðóåòñÿ ñ âîëîêíèñòîé òåêñòó-
ðû <100> (ïðè Ò > 0,4Òïë) íà âîëîêíèñòóþ òåê-
ñòóðó <111> (ïðè Ò < 0,4Òïë) [3, 5]. Ïðè ðîñòå
çåðåí â íàïðàâëåíèè <111> äâîéíèêîâûå ãðàíè-
öû ïî ïëîñêîñòè {111} ìîãóò îáðàçîâûâàòüñÿ
âñëåäñòâèå íàðóøåíèÿ óêëàäêè ïëîòíîóïàêîâàí-
íûõ àòîìíûõ ñëîåâ íà ôðîíòå ðîñòà êðèñ-
òàëëîâ.
Íà îñíîâàíèè ýòèõ äàííûõ ìîæíî ïðåäïî-
ëîæèòü, ÷òî êà÷åñòâåííûå èçìåíåíèÿ òåêñòó-
ðû è ñóáñòðóêòóðû âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ
ÃÖÊ-ìåòàëëîâ ñ íèçêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïà-
êîâêè âçàèìîñâÿçàíû.
Ïåðåõîä îò ìîíîäîìåííîé ê ïîëèäîìåííîé
ñóáñòðóêòóðå çåðåí âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ
ìåäè âûçûâàåò ðåçêîå ïîâûøåíèå èõ òâåðäîñ-
òè. Â êîíäåíñàòàõ ñ íàíîäâîéíèêîâîé ñóáñòðóê-
òóðîé îíà â 3–5 ðàç áîëüøå, ÷åì â êîíäåíñàòàõ
ñ ìîíîäîìåííîé ñóáñòðóêòóðîé çåðåí [3].
Ñðàâíåíèå õàðàêòåðèñòèê íàíîäâîéíèêîâîé
ñóáñòðóêòóðû êîíäåíñàòîâ ÃÖÊ-ìåòàëëîâ ñ
ðàçëè÷íûìè ýíåðãèÿìè äåôåêòîâ óïàêîâêè ïî-
êàçàëî, ÷òî ýíåðãèÿ äåôåêòîâ óïàêîâêè îêàçû-
âàåò âëèÿíèå íà ôîðìèðîâàíèå äâîéíèêîâîé ñóá-
ñòðóêòóðû óêàçàííûõ îáðàçöîâ. Òàê, ïðè îäè-
íàêîâûõ òåìïåðàòóðíûõ óñëîâèÿõ ôîðìèðîâà-
íèÿ êîíäåíñàòîâ ñïëàâà Ag-Cd (ýíåðãèÿ äåôåê-
òîâ óïàêîâêè êîòîðîãî, ïî ðàçëè÷íûì îöåíêàì,
ñîñòàâëÿåò ìåíåå 20 ìÄæ/ì2) è ìåäè (îêîëî
50 ìÄæ/ì2), ïëîòíîñòü äâîéíèêîâûõ ãðàíèö â
ïåðâîì ñëó÷àå îêàçàëàñü â ÷åòûðå ðàçà áîëü-
øå, ÷åì â êîíäåíñàòàõ ìåäè. Íà ýòîì îñíîâà-
íèè ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïðè ïîâûøåíèè
ýíåðãèè äåôåêòîâ óïàêîâêè âåðîÿòíîñòü âîçíèê-
íîâåíèÿ äâîéíèêîâ áóäåò óìåíüøàòüñÿ, à ñëå-
äîâàòåëüíî, ðåçêîãî ïîâûøåíèÿ ïðî÷íîñòíûõ
ñâîéñòâ âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ ïðè ñíèæåíèè
òåìïåðàòóðû èõ îñàæäåíèÿ îæèäàòü íå ïðèõî-
äèòñÿ.
Âìåñòå ñ òåì â ðÿäå ðàáîò [6–10] áûëî ïîêà-
çàíî, ÷òî â ñëó÷àå âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ íèêå-
ëÿ, ýíåðãèÿ äåôåêòîâ óïàêîâêè êîòîðîãî îöåíèâà-
åòñÿ íà óðîâíå 200 ìÄæ/ì2, ïðè ñíèæåíèè òåìïå-
ðàòóðû ïîäëîæêè òâåðäîñòü âàêóóìíûõ
êîíäåíñàòîâ òàêæå ðåçêî âîçðàñòàåò (ðèñ. 1)
ïîäîáíî òîìó, êàê ýòî íàáëþäàëîñü â ñëó÷àå
ÃÖÊ-ìåòàëëîâ ñ íèçêîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïà-
êîâêè, â êîòîðûõ ôîðìèðóåòñÿ íàíîäâîéíèêîâàÿ
ñóáñòðóêòóðà çåðåí. Äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ôèçè÷åñ-
êîé ïðèðîäû óïðî÷íåíèÿ âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ
7
6
5
4
3
2
1
100 200 300 400 500 600 700 800
Òï, °Ñ
Ìèêðîòâåðäîñòü, ÃÏà
[6]
[11]
äàííàÿ ðàáîòà
Ðèñ. 1. Çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè âàêóóìíûõ êîí-
äåíñàòîâ íèêåëÿ îò òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè ïî äàí-
íûì ðàçëè÷íûõ àâòîðîâ [6, 11]
47
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
Ðèñ. 2. Ìèêðîñòðóêòóðà (ïëàíàðíîå ñå÷åíèå) êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ, îñàæäåííûõ ïðè òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè
750 (à), 510 (á) è 200 °Ñ (â)
a á â
íèêåëÿ ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû èõ îñàæäåíèÿ
â äàííîé ðàáîòå èññëåäîâàíî âëèÿíèå òåìïåðàòó-
ðû ïîäëîæêè íà ìèêðî- è ñóáñòðóêòóðó êîíäåíñà-
òîâ íèêåëÿ â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 150–800 °Ñ.
Ìåòîäèêà ïîëó÷åíèÿ îáðàçöîâ
è ïðîâåäåíèÿ èññëåäîâàíèé
Êîíäåíñàòû íèêåëÿ òîëùèíîþ 60–100 ìêì â
âèäå ôîëüã ïîëó÷àëè ìåòîäîì ýëåêòðîííî-ëó÷å-
âîãî èñïàðåíèÿ ñëèòêîâ íèêåëÿ â âàêóóìå ñ ïî-
ñëåäóþùåé êîíäåíñàöèåé ïàðîâîé ôàçû íà ïîä-
ëîæêó, âäîëü êîòîðîé ñîçäàâàëè ãðàäèåíò òåì-
ïåðàòóðû â èíòåðâàëå îò 150 äî 800 °Ñ. Ñêîðîñòü
êîíäåíñàöèè ïàðîâîé ôàçû íà ðàçëè÷íûõ ó÷àñò-
êàõ ïîäëîæêè èçìåíÿëàñü â äèàïàçîíå 1,4–
2,8 ìêì/ìèí. ×èñòîòà èñõîäíîãî ìàòåðèàëà ñî-
ñòàâëÿëà 99,42%, îñíîâíûìè ïðèìåñÿìè ïðè ýòîì
ÿâëÿëèñü Si (0,36%) è Al (0,22%). Äëÿ îòäåëåíèÿ
êîíäåíñàòà îò ïîäëîæêè íà íåå ïðåäâàðèòåëüíî
îñàæäàëè ñëîé ñîëè (NaCl èëè CaF2).
Ìèêðîñòðóêòóðó êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ èçó÷àëè
ñ ïîìîùüþ ðàñòðîâîé è ïðîñâå÷èâàþùåé ýëåêò-
ðîííîé ìèêðîñêîïèè. Ïîïåðå÷íûå øëèôû èññëå-
äîâàëè íà ñêàíèðóþùåì ýëåêòðîííîì ìèêðîñêî-
ïå «CamScan-4». Ñóáñòðóêòóðó êîíäåíñàòîâ èçó-
÷àëè ñ ïîìîùüþ ïðîñâå÷èâàþùåãî ýëåêòðîííîãî
ìèêðîñêîïà «Hitachi-800» ïðè óñêîðÿþùåì íàïðÿ-
æåíèè 150 êÂ. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçîâàëè ôîëüãè,
êîòîðûå ïîëó÷àëè ìåõàíè÷åñêîé øëèôîâêîé è ïî-
ëèðîâêîé ñ ïîñëåäóþùèì èîííûì òðàâëåíèåì.
Òåêñòóðó êîíäåíñàòîâ îïðåäåëÿëè ìåòîäîì
ðåíòãåíîâñêîé äèôðàêòîìåòðèè ñ ïîìîùüþ àâòî-
ìàòèçèðîâàííîé òåêñòóðíîé ïðèñòàâêè, óñòàíîâëåí-
íîé íà ðåíòãåíîâñêîì äèôðàêòîìåðå ÄÐÎÍ-4,0
â ôèëüòðîâàííîì Kα-èçëó÷åíèè Co-àíîäà ïóòåì
ïîñòðîåíèÿ ôèãóð ïîëþñíîé ïëîòíîñòè.
Ïðî÷íîñòíûå ñâîéñòâà (ìèêðîòâåðäîñòü)
êîíäåíñàòîâ îïðåäåëÿëè ìåòîäîì Âèêêåðñà íà
ïîïåðå÷íûõ øëèôàõ íà îïòè÷åñêîì ìèêðîñêî-
ïå «Polyvar Met», îñíàùåííîì ïðèñòàâêîé äëÿ
èçìåðåíèÿ òâåðäîñòè, ïðè íàãðóçêå 10 ã è âðå-
ìåíè íàãðóæåíèÿ 10 ñ. Ïðè âûáîðå âåëè÷èíû
íàãðóçêè èñõîäèëè èç òîãî óñëîâèÿ, ÷òî íà ðàç-
ìåð îòïå÷àòêà, êîòîðûé ñîñòàâëÿë 10 ìêì, íå
îêàçûâàëè âëèÿíèÿ êðàåâûå ýôôåêòû, îáóñëîâ-
ëåííûå êîíå÷íûì ðàçìåðîì ïîïåðå÷íîãî ñå÷å-
íèÿ âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ. Òàêîé âûáîð íà-
ãðóçêè ïîçâîëÿë îáåñïå÷èòü òî÷íîñòü èçìåðå-
íèÿ ìèêðîòâåðäîñòè íå õóæå ±10%.
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû
è èõ îáñóæäåíèå
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû õàðàêòåðíûå ïðèìå-
ðû ìèêðîñòðóêòóð ïëàíàðíîãî ñå÷åíèÿ êîíäåí-
ñàòîâ íèêåëÿ, ñôîðìèðîâàííûõ ïðè òåìïåðàòó-
ðàõ ïîäëîæêè 150–800 °Ñ. Âèäíî, ÷òî ïðè ñíè-
æåíèè òåìïåðàòóðû îñàæäåíèÿ íàáëþäàåòñÿ
óìåíüøåíèå ðàçìåðà çåðåí. Òàê, ïðè òåìïåðà-
òóðå ïîäëîæêè 750 °C ñðåäíèé ðàçìåð çåðåí
êîíäåíñàòîâ ñîñòàâèë îêîëî 10 ìêì, à ïðè òåì-
ïåðàòóðå 200 °C – 380 íì. Çàâèñèìîñòü ñðåä-
íåãî ðàçìåðà çåðåí îò òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè
íîñèò íåìîíîòîííûé õàðàêòåð (ðèñ. 3). Óñëîâ-
íî åå ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè ó÷àñòêà – ïðè
6 ìêì 2 ìêì 0,3 ìêì
48
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ È ÄÐÓÃÈÅ ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ (500–800 °Ñ) ýòî ïðàê-
òè÷åñêè ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü, â èíòåðâàëå
300–500 °Ñ ðàçìåð çåðåí ñëàáî çàâèñèò îò òåì-
ïåðàòóðû ïîäëîæêè, à ïðè òåìïåðàòóðàõ ïîä-
ëîæêè íèæå 300 °Ñ ðàçìåð çåðåí ðåçêî óìåíü-
øàåòñÿ äî ñóáìèêðîííîãî ìàñøòàáà. Îáðàùà-
åò íà ñåáÿ âíèìàíèå òî, ÷òî íåêîòîðûå çåðíà
ðàçäåëåíû íà äîìåíû ïðÿìîëèíåéíûìè ãðàíè-
öàìè (ðèñ. 2). Íà ìèêðîäèôðàêöèîííûõ êàðòè-
íàõ, ñíÿòûõ îò òàêèõ çåðåí, íàáëþäàþòñÿ äâå
äâîéíèêîâî ñâÿçàííûå ñèñòåìû îòðàæåíèé
ÃÖÊ-êðèñòàëëîâ (ðèñ. 4). Ìèêðîñòðóêòóðíûå
èçîáðàæåíèÿ, ñíÿòûå â ðåôëåêñå îäíîé èç äâîé-
íèêîâûõ êîìïîíåíò, ïîêàçûâàþò, ÷òî ýòè îòðà-
æåíèÿ îòíîñÿòñÿ ê äîìåíàì, ðàñïîëîæåííûì â
îäíîì çåðíå, à èõ ãðàíèöû ñîâïàäàþò ñ ïëîñêî-
ñòüþ {111}. Èç àíàëèçà ìèêðîñòðóêòóðû âàêó-
óìíûõ êîíäåíñàòîâ, ïîëó÷åííûõ ïðè ðàçëè÷íûõ
òåìïåðàòóðàõ, âèäíî, ÷òî ôîðìèðîâàíèå äâîé-
íèêîâîé ñóáñòðóêòóðû â íåêîòîðûõ çåðíàõ íå
êîððåëèðóåò ñ òåìïåðàòóðîé îñàæäåíèÿ: ÷àñòî-
òà îáíàðóæåíèÿ çåðåí ñ äâîéíèêîâîé ñóáñòðóê-
òóðîé íå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû îñàæäåíèÿ,
òîãäà êàê òîëùèíà äâîéíèêîâûõ äîìåíîâ óìåíü-
øàåòñÿ ïðè óìåíüøåíèè ðàçìåðà çåðåí.
Ìèêðîñòðóêòóðíûå èçîáðàæåíèÿ êîíäåíñàòîâ
â ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 5.
Âèäíî, ÷òî âî âñåì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îñàæ-
äåíèÿ êîíäåíñàòû èìåþò ñòîëá÷àòóþ ôîðìó
çåðåí, ïîïåðå÷íûé ðàçìåð êîòîðûõ óìåíüøà-
åòñÿ ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè.
Óìåíüøåíèå ðàçìåðà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ñòîëá-
÷àòûõ çåðåí ñîïðîâîæäàåòñÿ èçìåíåíèåì èõ
ñóáñòðóêòóðû. Äëÿ êîíäåíñàòîâ, îñàæäåííûõ
ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè (500–
800 °Ñ), õàðàêòåðíû êðóïíûå êðèñòàëëèòû, äî-
ìèíèðóþùèì ýëåìåíòîâ ñóáñòðóêòóðû êîòîðûõ
ÿâëÿþòñÿ äèñëîêàöèè. Ïðè ñíèæåíèè òåìïåðà-
òóðû îñàæäåíèÿ íèæå 300 °Ñ íà ïîïåðå÷íîì
ñå÷åíèè êîíäåíñàòîâ íàáëþäàþòñÿ âûòÿíóòûå
Ðèñ. 4. Ìèêðîäèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà îò çåðíà, ðàçäåëåííîãî íà äîìåíû (à), è òåìíîïîëüíîå èçîáðàæåíèå
ìèêðîñòðóêòóðû ýòîãî çåðíà (á)
a á
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè è ñðåäíåãî ðàç-
ìåðà çåðåí îò òåìïåðàòóðû îñàæäåíèÿ
6
5
4
3
2
1
150 300 450 600 750 800
Òï, °Ñ
Ì
èê
ðî
òâ
åð
äî
ñò
ü,
Ã
Ï
à
D
, ìêì
10
8
6
4
2
0
ìèêðîòâåðäîñòü
ðàçìåð çåðíà
49
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
Ðèñ. 5. Ïîïåðå÷íàÿ ñóáñòðóêòóðà êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ, îñàæäåííûõ ïðè òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè 500 (à), 275 (á)
è 200 °Ñ (â)
a á â
çåðíà, ïðîõîäÿùèå ïî âñåé òîëùèíå âàêóóìíî-
ãî êîíäåíñàòà, à ñóáñòðóêòóðà õàðàêòåðèçóåò-
ñÿ íàëè÷èåì äîìåíîâ, ðàñïîëîæåííûõ ïåðïåí-
äèêóëÿðíî ê íàïðàâëåíèþ ðîñòà ñòîëá÷àòûõ
çåðåí. Äàëüíåéøåå ñíèæåíèå òåìïåðàòóðû
îñàæäåíèÿ ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ êîíäåí-
ñàòîâ ñ âûòÿíóòûìè â íàïðàâëåíèè ðîñòà çåð-
íàìè, ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå êîòîðûõ èìååò ñóá-
ìèêðîííûé ìàñøòàá. Êðîìå òîãî, â ñòðóêòóðå
òàêèõ çåðåí ìîæíî âèäåòü íàíîðàçìåðíûå ôðàã-
ìåíòû, ðàçâåðíóòûå îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà
íà óãëû áîëåå 5°. Ïðè÷åì, êàê õîðîøî âèäíî èç
ìèêðîñòðóêòóðû êîíäåíñàòà, ïîëó÷åííîãî ïðè
òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè 275 °Ñ (ðèñ. 5), ãðàíèöû
ôðàãìåíòîâ ÷àñòî èìåþò ïëîñêèé õàðàêòåð è
ðàñïîëàãàþòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî ê íàïðàâëåíèþ
ðîñòà çåðåí. Êðîìå òàêîé ñóáñòðóêòóðû çåðåí,
ìîæíî âñòðåòèòü è çåðíà ñ äâîéíèêîâîé ñóá-
ñòðóêòóðîé. Êàê âèäíî èç ðèñ. 6, äâîéíèêîâûå
ãðàíèöû â òàêèõ çåðíàõ îðèåíòèðîâàíû âäîëü
íàïðàâëåíèÿ èõ ðîñòà èëè ïîä íåáîëüøèì óã-
ëîì ê ýòîìó íàïðàâëåíèþ.
Ïðè èññëåäîâàíèè êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé
òåêñòóðû êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ áûëî îáíàðóæå-
íî, ÷òî îíà òàêæå ïðåòåðïåâàåò èçìåíåíèå ïðè
ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè. Íà ðèñ. 7
ïðåäñòàâëåíû ïîëþñíûå ôèãóðû ðàñïðåäåëåíèÿ
ïîëþñíûõ ïëîòíîñòåé äëÿ êðèñòàëëîãðàôè÷åñ-
êèõ ïëîñêîñòåé {100}, {110} è {111}, îïðåäåëåí-
íûå â ñëó÷àå êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ, êîòîðûå ïî-
ëó÷åíû ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæ-
êè. Óñëîâíî òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë ìîæíî
Ðèñ. 6. Ìèêðîñòðóêòóðà ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ êîíäåíñàòà íèêåëÿ, îñàæäåííîãî íà ïîäëîæêó ïðè òåìïåðàòóðå
275 °Ñ
2 ìêì 2 ìêì 250 íì
0,5 ìêì 0,5 ìêì 0,5 ìêì
50
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
Ðèñ. 7. Ñòåðåîãðàôè÷åñêèå ïðîåêöèè ïîëþñíîé ïëîòíîñòè êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ, îñàæäåííûõ ïðè òåìïåðàòóðå
750 (à), 550 (á) è 200 °Ñ (â)
a
á
â
ðàçäåëèòü íà òðè òåìïåðàòóðíûå îáëàñòè: ïåð-
âàÿ îáëàñòü – îò 800 äî 600 °Ñ, âòîðàÿ – 600–
350 °Ñ è òðåòüÿ – íèæå 350 °Ñ. Âèäíî, ÷òî äëÿ
êîíäåíñàòîâ, îñàæäåííûõ ïðè âûñîêèõ òåìïå-
ðàòóðàõ (ïåðâàÿ îáëàñòü), õàðàêòåðíà àêñèàëü-
íàÿ òåêñòóðà <100>. Îá ýòîì ñâèäåòåëüñòâóþò
ìàêñèìóì ïîëþñíîé ïëîòíîñòè {100}, ðàñïîëî-
æåííûé â öåíòðå ïîëþñíîé ôèãóðû, è íàëè÷èå
ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ È ÄÐÓÃÈÅ ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
{100}
{100}
{100}
{110}
{110}
{110}
{111}
{111}
{111}
51
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
êîëüöåâûõ ìàêñèìóìîâ ïîëþñíûõ ïëîòíîñòåé
{110} è {111}, êîòîðûå ðàñïîëîæåíû íà óãëîâîì
ðàññòîÿíèè îò ìàêñèìóìà ïîëþñíîé ïëîòíîñòè
{100} 45° è 55° ñîîòâåòñòâåííî. Äëÿ âòîðîé
îáëàñòè ìàêñèìóìû ïîëþñíîé ïëîòíîñòè â öåíò-
ðå ïîëþñíîé ôèãóðû íàáëþäàþòñÿ äëÿ ïîëþ-
ñîâ {100}, {110} è {111}, ÷òî ãîâîðèò î âûðîæ-
äåíèè àêñèàëüíîé òåêñòóðû êîíäåíñàòîâ <100>
è ôîðìèðîâàíèè òðåõêîìïîíåíòíîé àêñèàëüíîé
òåêñòóðû. Â òðåòüåé îáëàñòè íàáëþäàåòñÿ îñò-
ðàÿ àêñèàëüíàÿ òåêñòóðà <110>. Ýòî ïîäòâåð-
æäàþò íàëè÷èå ìàêñèìóìà ïîëþñíîé ïëîòíîñ-
òè {110} â öåíòðå ïîëþñíîé ôèãóðû è êîëüöå-
âîå ðàñïðåäåëåíèå ïîëþñíûõ ïëîòíîñòåé äëÿ
ïëîñêîñòåé {100} è {111} ñ ìàêñèìóìîì íà óã-
ëîâûõ ðàññòîÿíèÿõ îò ïîëþñà {110} 45° è 35°
ñîîòâåòñòâåííî.
Òàêèì îáðàçîì, èç êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîãî
àíàëèçà ñëåäóåò, ÷òî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ
íàèáîëåå âåðîÿòíûé ðîñò ñòîëá÷àòûõ çåðåí
ïðîèñõîäèò âäîëü íàïðàâëåíèÿ <110>, â îáëàñ-
òè òåìïåðàòóð 500–650 °Ñ íàáëþäàåòñÿ ñìå-
øàííàÿ îðèåíòàöèÿ çåðåí âäîëü íàïðàâëåíèé
<100>, <110> è <111>, à ïðè âûñîêèõ òåìïåðà-
òóðàõ çåðíà îðèåíòèðîâàíû ïî íàïðàâëåíèþ
<100>.
Ñîïîñòàâëÿÿ çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè
êîíäåíñàòîâ îò ðàçìåðà çåðåí â ïîïåðå÷íîì
ñå÷åíèè â êîîðäèíàòàõ Õîëëà–Ïåò÷à (Õ–Ï),
ìîæíî âèäåòü (ðèñ. 8), ÷òî ýòà çàâèñèìîñòü îïè-
ñûâàåòñÿ ëîìàíîé ëèíèåé, ñîñòîÿùåé èç òðåõ
ó÷àñòêîâ ñ ðàçëè÷íûì íàêëîíîì. Íà ýòîì îñ-
íîâàíèè ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî íà ìåõàíè-
÷åñêèå ñâîéñòâà êîíäåíñàòîâ ñóùåñòâåííîå
âëèÿíèå îêàçûâàåò íå òîëüêî ðàçìåð çåðåí, íî è
õàðàêòåðèñòèêè èõ ñóáñòðóêòóðû.
Äåéñòâèòåëüíî, ó÷àñòîê I íà çàâèñèìîñòè Õ–Ï
ñîîòâåòñòâóåò êîíäåíñàòàì, ñôîðìèðîâàííûì
ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ïîäëîæêè, äëÿ êîòî-
ðûõ õàðàêòåðíû êðèñòàëëèòû ñ ðàçìåðîì ïîðÿä-
êà 2–10 ìêì è äèñëîêàöèîííîé ñóáñòðóêòóðîé.
Ê îáëàñòè ²² îòíîñÿòñÿ êîíäåíñàòû, â êîòî-
ðûõ ÷àñòü çåðåí èìååò äâîéíèêîâóþ ñóáñòðóê-
òóðó, à ÷àñòü – äèñëîêàöèîííóþ ñóáñòðóêòóðó.
Ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðâûì ó÷àñòêîì çàâèñèìîñ-
òè Õ–Ï íàêëîí íà ýòîì ó÷àñòêå ñóùåñòâåííî
áîëüøå. Óâåëè÷åíèå íàêëîíà çàâèñèìîñòè Õ–Ï
ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî íå ñòîëüêî èçìåíåíè-
åì ðàçìåðà çåðåí, ñêîëüêî, êàê ñâèäåòåëüñòâó-
þò äàííûå ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè, ïîÿâëå-
íèåì çåðåí, êîòîðûå ðàçäåëåíû íà äîìåíû äâîé-
íèêîâûìè ãðàíèöàìè, îðèåíòèðîâàííûìè
ïåðïåíäèêóëÿðíî ê íàïðàâëåíèþ ðîñòà ñòîëá-
÷àòûõ çåðåí. Ïîÿâëåíèå òàêèõ ãðàíèö â ñòðóê-
òóðå çåðíà âîçìîæíî ïðè óñëîâèè, ÷òî îíè ðàñ-
òóò ïî íàïðàâëåíèþ <111>, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ
ïîÿâëåíèåì â ìèêðîñòðóêòóðå òàêèõ êîíäåíñà-
òîâ êîìïîíåíòû àêñèàëüíîé òåêñòóðû <111>.
Îáëàñòü III íà çàâèñèìîñòè Õ–Ï êîððåëèðó-
åò ñ èñ÷åçíîâåíèåì êîìïîíåíòû àêñèàëüíîé
òåêñòóðû <111> è óñòàíîâëåíèåì â êîíäåíñà-
òàõ îäíîêîìïîíåíòíîé òåêñòóðû òèïà <110>.
Ïîñêîëüêó ïðè ðîñòå çåðåí ñ òàêîé îðèåíòàöèåé
ôîðìèðîâàíèå äâîéíèêîâûõ ãðàíèö êàê ðåçóëü-
òàò âîçíèêíîâåíèÿ îøèáîê â óêëàäêå àòîìíûõ
ñëîåâ íà ôðîíòå ðàñòóùåãî êðèñòàëëà çàòðóä-
íåíî [12], ñóáñòðóêòóðà ñóáìèêðîííûõ çåðåí
õàðàêòåðèçóåòñÿ íàíîðàçìåðíûìè ôðàãìåíòà-
ìè. Âåëè÷èíà íàêëîíà íà ýòîì ó÷àñòêå çàíèìà-
åò ïðîìåæóòî÷íîå çíà÷åíèå ìåæäó ïåðâûì è
âòîðûì ó÷àñòêîì íà çàâèñèìîñòè Õ–Ï.
Âëèÿíèå ñóáñòðóêòóðû íà ïðî÷íîñòíûå ñâîé-
ñòâà âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ ïîçâîëÿåò
ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ãðàíèöû ìåæäó õàðàêòåðíû-
ìè ýëåìåíòàìè ñóáñòðóêòóðû (äâîéíèêîâûìè
Ðèñ. 8. Çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè îò ðàçìåðà çåðíà
â êîîðäèíàòàõ Õîëëà–Ïåò÷à
6
5
4
3
2
1
0,00 0,02 0,04 0,06
Ðàçìåð çåðíà-1/2, íì-1/2
10000 2500 1100 625 400 277 204
Ðàçìåð çåðíà, íì
Ì
èê
ðî
òâ
åð
äî
ñò
ü,
Ã
Ï
à
I
II
III
52
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
äîìåíàìè è ñóáçåðíàìè) ÿâëÿþòñÿ ýôôåêòèâ-
íûì ïðåïÿòñòâèåì äëÿ ïåðåìåùåíèÿ äèñëîêà-
öèé, ïîýòîìó èõ ðàçìåðû äîëæíû áûòü ó÷òåíû
ïðè ðàññìîòðåíèè ñîîòíîøåíèÿ Õ–Ï. Íà ðèñ. 9
ïðåäñòàâëåíà òàêàÿ çàâèñèìîñòü, ïîñòðîåííàÿ
èñõîäÿ èç ðàçìåðîâ õàðàêòåðíûõ ýëåìåíòîâ ñóá-
ñòðóêòóðû êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ – çåðåí â ñëó÷àå
èõ äèñëîêàöèîííîé ñóáñòðóêòóðû; äâîéíèêîâûõ
äîìåíîâ â ñëó÷àå äâîéíèêîâîé ñóáñòðóêòóðû
çåðåí; ñóáçåðåí ïðè ðàçäåëåíèè çåðåí ìàëîóã-
ëîâûìè ãðàíèöàìè. Âèäíî, ÷òî â ýòîì ñëó÷àå
ñîîòíîøåíèå Õ–Ï óäîâëåòâîðèòåëüíî âûïîëíÿ-
åòñÿ: âàêóóìíûå êîíäåíñàòû íèêåëÿ, ïîëó÷åí-
íûå ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ îñàæäåíèÿ,
îïèñûâàþòñÿ îäíîé ïðÿìîé.
Èç ïðåäñòàâëåííûõ ðåçóëüòàòîâ âèäíî, ÷òî
õàðàêòåðèñòèêè ìèêðî- è ñóáñòðóêòóðû âàêó-
óìíûõ êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ ïðåòåðïåâàþò èçìå-
íåíèÿ ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû èõ îñàæäå-
íèÿ. Îäíàêî ýòè èçìåíåíèÿ èìåþò êà÷åñòâåí-
íûå îòëè÷èÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ âàêóóìíûìè
êîíäåíñàòàìè íà îñíîâå ÃÖÊ-ìåòàëëîâ ñ íèç-
êîé ýíåðãèåé äåôåêòîâ óïàêîâêè; ýòî îáóñëîâ-
ëåíî â ïåðâóþ î÷åðåäü òåì, ÷òî ïðè íèçêèõ òåì-
ïåðàòóðàõ îñàæäåíèÿ êðèñòàëëèòû íèêåëÿ îðè-
åíòèðóþòñÿ âäîëü íàïðàâëåíèÿ <110>. Â ýòîì
ñëó÷àå àòîìíûå ïëîñêîñòè {111} îðèåíòèðîâà-
íû îòíîñèòåëüíî íàïðàâëåíèÿ ðîñòà êðèñòàëëè-
òà òàêèì îáðàçîì, ÷òî îíè ëèáî ñîâïàäàþò ñ
íèì, ëèáî ðàñïîëîæåíû ïîä óãëîì â 35°. Òàêîå
íàïðàâëåíèå ðîñòà êðèñòàëëèòîâ çàòðóäíÿåò îá-
ðàçîâàíèå äâîéíèêîâ âñëåäñòâèå âîçíèêíîâåíèÿ
îøèáîê óêëàäêè àòîìîâ íà ôðîíòå ðàñòóùåãî èç
ïàðîâîé ôàçû êðèñòàëëà, êàê ýòî èìååò ìåñòî ïðè
îñàæäåíèè ïàðîâîé ôàçû íåêîòîðûõ ÃÖÊ-ìåòàë-
ëîâ (Cu è ñïëàâà Ag-Cd), â êîòîðûõ ðîñò êðèñòàë-
ëèòîâ ïðîèñõîäèò ïî íàïðàâëåíèþ <111>. Ïî ýòîé
ïðè÷èíå ñóáñòðóêòóðà êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ, îñàæ-
äåííûõ ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå ïîäëîæêè, îïðå-
äåëÿåòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì íàíîðàçìåðíûìè ôðàã-
ìåíòàìè, ðàçäåëåííûìè ìàëîóãëîâûìè ãðàíèöà-
ìè. Âûñîêîå çíà÷åíèå ìèêðîòâåðäîñòè äëÿ òàêèõ
êîíäåíñàòîâ ïîçâîëÿåò ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ìàëî-
óãëîâûå ãðàíèöû íàíîðàçìåðíûõ ôðàãìåíòîâ òàê
æå, êàê è äâîéíèêîâûå ãðàíèöû, ÿâëÿþòñÿ ýôôåê-
òèâíûìè áàðüåðàìè äëÿ äèñëîêàöèé. Ýòî êîñâåí-
íî ïîäòâåðæäàåò âûïîëíåíèå ñîîòíîøåíèÿ Õîë-
ëà–Ïåò÷à, ïîñòðîåííîãî â êîîðäèíàòàõ ìèêðî-
òâåðäîñòü – ðàçìåð ýëåìåíòà ìèêðîñòðóêòóðû,
ñâîéñòâåííîãî äàííîìó âàêóóìíîìó êîíäåíñàòó.
Âûâîäû
1. Ìèêðîñòðóêòóðà âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ
íèêåëÿ ïðåòåðïåâàåò êà÷åñòâåííûå èçìåíåíèÿ
ïðè ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè îò 800
äî 150 °Ñ â òàêîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè: ñòîëá-
÷àòàÿ ñòðóêòóðà êîíäåíñàòîâ, ôîðìèðóþùàÿñÿ
ïðè ïîâûøåííûõ òåìïåðàòóðàõ, ñìåíÿåòñÿ ìèê-
ðîñòðóêòóðîé, äëÿ êîòîðîé õàðàêòåðíû âûòÿíó-
òûå çåðíà ñ ïîïåðå÷íûì ðàçìåðîì ïîðÿäêà 100–
150 íì, ôðàãìåíòèðîâàííûå íà äîìåíû ðàçìå-
ðîì 30–50 íì ïðè ïîíèæåííûõ òåìïåðàòóðàõ
ïîäëîæêè. Îòìå÷åííûå èçìåíåíèÿ õàðàêòåðè-
ñòèê ìèêðî- è ñóáñòðóêòóðû âàêóóìíûõ êîíäåí-
ñàòîâ íèêåëÿ ñîïðîâîæäàþòñÿ èçìåíåíèåì òåê-
ñòóðû ñ àêñèàëüíîé òèïà <100> ïðè ïîâûøåí-
íûõ òåìïåðàòóðàõ íà àêñèàëüíóþ òèïà <110>
ïðè ïîíèæåííûõ òåìïåðàòóðàõ îñàæäåíèÿ.
2. Âàêóóìíûå êîíäåíñàòû ñ íàíîðàçìåðíû-
ìè ñóáçåðíàìè, ðàçäåëåííûìè ìàëîóãëîâûìè
ÒÎÍÊÈÅ ÏËÅÍÊÈ È ÄÐÓÃÈÅ ÄÂÓÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
Ðèñ. 9. Çàâèñèìîñòü ìèêðîòâåðäîñòè âàêóóìíûõ êîí-
äåíñàòîâ íèêåëÿ îò ðàçìåðà õàðàêòåðíûõ ýëåìåíòîâ
ìèêðîñòðóêòóðû (çåðåí ñ äèñëîêàöèîííîé ñóáñòðóê-
òóðîé – D) è ñóáñòðóêòóðû (äâîéíèêîâûõ äîìåíîâ è
ñóáçåðåí (ôðàãìåíòîâ), îòäåëåííûõ äðóã îò äðóãà
ìàëîóãëîâûìè ãðàíèöàìè – d) â êîîðäèíàòàõ Õîëëà–
쌘ֈ
1000 400 100 44
6
5
4
3
2
1
0
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
D(d)-1/2, íì-1/2
D(d), íì
Ì
èê
ðî
òâ
åð
äî
ñò
ü,
Ã
Ï
à
I
II
III
53
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ãðàíèöàìè, õàðàêòåðèçóþòñÿ âûñîêèì óðîâíåì
ïðî÷íîñòè, êîòîðàÿ â 3–4 ðàçà âûøå, ÷åì ó âà-
êóóìíûõ êîíäåíñàòîâ ñ êðóïíûìè çåðíàìè, íå
ñîäåðæàùèõ ñóáçåðåííûõ ãðàíèö. Íà ýòîì îñ-
íîâàíèè äîïóñêàåòñÿ, ÷òî òàêèå ñóáçåðåííûå
ãðàíèöû ÿâëÿþòñÿ ýôôåêòèâíûìè áàðüåðàìè
äëÿ äâèæåíèÿ äèñëîêàöèé. Ó÷åò ðàçìåðîâ õà-
ðàêòåðíûõ ýëåìåíòîâ ñóáñòðóêòóðû â ñîîòíî-
øåíèè Õîëëà–Ïåò÷à äàåò âîçìîæíîñòü óäîâ-
ëåòâîðèòåëüíî îïèñàòü ñ åãî ïîìîùüþ èçìåíå-
íèå òâåðäîñòè.
3. Ôîðìèðîâàíèå äâîéíèêîâîé ñóáñòðóêòóðû
îòäåëüíûõ çåðåí, â êîòîðûõ ïëîñêîñòü äâîéíè-
êîâàíèÿ ïàðàëëåëüíà íàïðàâëåíèþ <110>, ìîæåò
áûòü îáóñëîâëåíî ñðàùèâàíèåì ñîñåäíèõ çàðî-
äûøåé ïî ïëîñêîñòè äâîéíèêîâàíèÿ è èõ ïîñëå-
äóþùèì ñîâìåñòíûì ðîñòîì.
Íà ïðèêëàä³ äåÿêèõ ÃÖÊ-ìåòàë³â ³ç íèçüêîþ åíåð㳺þ äå-
ôåêò³â óïàêîâêè ïîêàçàíî, ùî çíèæåííÿ òåìïåðàòóðè âà-
êóóìíîãî îñàäæåííÿ íèæ÷å â³ä 0,4Òï, äå Òï – òåìïåðàòóðà
ïëàâëåííÿ ìåòàëó, ïðèçâîäèòü äî ñóòòºâîãî ï³äâèùåííÿ
ì³öí³ñíèõ âëàñòèâîñòåé âàêóóìíèõ êîíäåíñàò³â, ïîâ’ÿçàíî-
ãî ç ôîðìóâàííÿì çåðåí ³ç íàíîäâ³éíèêîâîþ ñóáñòðóêòó-
ðîþ. Äëÿ í³êåëþ òàêîæ ñïîñòåð³ãàëîñÿ ïîì³òíå çá³ëüøåííÿ
ì³êðîòâåðäîñò³ êîíäåíñàò³â ïðè çíèæåíí³ òåìïåðàòóðè îñà-
äæåííÿ ¿õ. Ó ö³é ðîáîò³ äîñë³äæåíî âïëèâ òåìïåðàòóðè
ï³äêëàäêè (â ä³àïàçîí³ òåìïåðàòóð 150–800 °Ñ) íà õàðàêòå-
ðèñòèêè ì³êðî- òà ñóáñòðóêòóðè âàêóóìíèõ êîíäåíñàò³â
í³êåëþ é ïðîâåäåíî ç³ñòàâëåííÿ öèõ õàðàêòåðèñòèê ç³ çì³íà-
ìè ¿õíüî¿ ì³êðîòâåðäîñò³. Ïîêàçàíî, ùî ï³äâèùåííÿ
ì³öíîñò³ âàêóóìíèõ êîíäåíñàò³â ïðè çíèæåíí³ òåìïåðàòó-
ðè îñàäæåííÿ îáóìîâëåíî ôîðìóâàííÿì çåðåí ³ç íàíîðîç-
ì³ðíèìè åëåìåíòàìè ñóáñòðóêòóðè, ìåæ³ ÿêèõ º åôåêòèâ-
íèìè áàð’ºðàìè äëÿ ðóõó äèñëîêàö³é.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: âàêóóìíèé êîíäåíñàò, í³êåëü, ñóáñòðóê-
òóðà, äâ³éíèêè, ì³êðîòâåðä³ñòü, åëåêòðîííî-ïðîìåíåâå âè-
ïàðîâóâàííÿ, ïàðîâà ôàçà
It was shown that a decreasing of the temperature deposition
below 0,4ÒM, where ÒM – is the metal melting temperature,
results in an essential increasing of the strength properties of
the condensates for some fcc metals. Such changes of the
strength properties are determined by the nanotwinned
structure of the condensates. In case of the nickel condensates
a considerable rising of the condensate microhardness at
decreasing of the substrate temperature is also observed.
Influence of the substrate temperature (in the range of 150–
800 °Ñ) on the micro- and substructure of the nickel vacuum
condensates is investigated in this work. Comparison between
microstructure and microhardness is given. It is shown that an
increasing the strength properties of the condensates at a
decreasing of the substrate temperature are caused by the
nanoscale grain boundaries which are effective barriers for
moving dislocations.
Key words: vacuum condensate, nickel, substructure, twins,
microhardness, electron-beam deposition, vapor phase
1. Ïàëàòíèê Ë.Ñ., Ôóêñ Ì.ß., Êîñåâè÷ Â.Ì. Ìåõàíèçì
ôîðìèðîâàíèÿ è ñóáñòðóêòóðà êîíäåíñèðîâàííûõ
ïëåíîê. – Ì.: Íàóêà, 1972. – 319 c.
2. Pashley D.W. The nucleation, growth, structure and epitaxy
of thin surface films // Adv. Phys. – 1965. – 14. – P. 327–
416.
3. Âëèÿíèå òåìïåðàòóðû ïîäëîæêè íà ìèêðî- è ñóáñòðóê-
òóðó êîíäåíñàòîâ ìåäè, îñàæäåííûõ èç ïàðîâîé ôàçû /
À.È. Óñòèíîâ, Å.Â. Ôåñþí, Ò.Â. Ìåëüíè÷åíêî,
Ñ.Ì. Ðîìàíåíêî // Ñîâðåìåííàÿ ýëåêòðîìåòàëëóðãèÿ. –
2007. – ¹ 4. – Ñ. 19–26.
4. Ustinov A.I., Skorodzievski V.S., Fesiun E.V. Damping
capacity of nanotwinned copper // Acta Mater. – 2008. –
56. – P. 3770–3776.
5. Ustinov A.I., Fesiun O.V. Substrate temperature effect on
the substructure of Ag-Cd alloy condensates // Surf. Coat.
Technol. – 2010. – 204. – P. 1774–1778.
6. Ìîâ÷àí Á.À., Äåì÷èøèí À.Â. Èññëåäîâàíèå ñòðóêòó-
ðû è ñâîéñòâ òîëñòûõ âàêóóìíûõ êîíäåíñàòîâ íèêåëÿ,
òèòàíà, âîëüôðàìà, îêèñè àëþìèíèÿ è äâóîêèñè öèð-
êîíèÿ // Ôèçèêà ìåòàëëîâ è ìåòàëëîâåäåíèå. – 1969. –
28, ¹ 4. – Ñ. 653–660.
7. Tornton J.A. High rate thick film growth //Ann. Rev. Mater.
Sci. – 1977. – 7. – P. 239–260.
8. Thompson A.A.W. Yielding in nickel as a function of grain
or cell size // Acta Metall. – 1975. – 23, N 11. – Ð. 1337–
1342.
9. Spingarn J.R., Jacobson B.E., Nix W.D. High ductility in
physically vapor-deposited nickel // Thin Solid Films. –
1977. – 45. – P. 507–515.
10. Ìîëîäêèíà Ò.À., Ìîâ÷àí Á.À. Èññëåäîâàíèå ñóá-
ñòðóêòóðû òîëñòûõ êîíäåíñàòîâ ÷èñòîãî íèêåëÿ //
Ïðîáëåìû ñïåöýëåêòðîìåòàëëóðãèè. – 1983. – 19. –
C. 44–47.
11. Ïàëàòíèê Ë.Ñ., Èëüèíñêèé À.È., Ðàâëèê À.Ã. Î ïðî÷-
íîñòè ïëåíîê íèêåëÿ è æåëåçà, ïîëó÷åííûõ êîíäåíñà-
öèåé â âàêóóìå // Ôèçèêà ìåòàëëîâ è ìåòàëëîâåäåíèå. –
1965. – 19, ¹ 1–2. – Ñ. 310–311.
12. Zhou X.W., Wadley N.G. Twin formation during the atomic
deposition of copper // Acta Mater. – 1999. – 47, N 3. –
P. 1063–1078.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-62740 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-9988 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T12:33:36Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Устинов, А.И. Фесюн, Е.В. Мельниченко, Т.В. Некрасов, А.А. Романенко, С.М. 2014-05-25T11:57:03Z 2014-05-25T11:57:03Z 2010 Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства / А.И. Устинов, Е.В. Фесюн, Т.В. Мельниченко, А.А. Некрасов, С.М. Романенко // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 4. — С. 45-53. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1996-9988 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62740 621.793.14:548.4 На примере некоторых ГЦК-металлов с низкой энергией дефектов упаковки показано, что снижение температуры вакуумного осаждения ниже 0,4 Тn, где Тn – температура плавления металла, приводит к существенному повышению прочностных свойств вакуумных конденсатов, связанному с формированием зерен снанодвойниковой субструктурой. Для никеля также наблюдалось заметное увеличение микротвердости конденсатов при снижении температуры их осаждения. В настоящей работе исследовано влияние температуры подложки (в диапазоне температур 150–800 °С) на характеристики микро- и субструктуры вакуумных конденсатов никеля и проведено сопоставление этих характеристик с изменением их микротвердости. Показано, что повышение прочности вакуумных конденсатов при снижении температуры осаждения обусловлено формированием зерен с наноразмерными субзернами, границы которых являются эффективными барьерами для движения дислокаций. На прикладі деяких ГЦК-металів із низькою енергією дефектів упаковки показано, що зниження температури вакуумного осадження нижче від 0,4Тn, де Тn – температура плавлення металу, призводить до суттєвого підвищення міцнісних властивостей вакуумних конденсатів, пов’язаного з формуванням зерен із нанодвійниковою субструктурою. Для нікелю також спостерігалося помітне збільшення мікротвердості конденсатів при зниженні температури осадження їх. У цій роботі досліджено вплив температурипідкладки (в діапазоні температур 150–800 °С) на характеристики мікро- та субструктури вакуумних конденсатів нікелю й проведено зіставлення цих характеристик зі змінами їхньої мікротвердості. Показано, що підвищення міцності вакуумних конденсатів при зниженні температури осадження обумовлено формуванням зерен із нанорозмірними елементами субструктури, межі яких є ефективними бар’єрами для руху дислокацій. It was shown that a decreasing of the temperature deposition below 0,4 Тn, where Тn – is the metal melting temperature, results in an essential increasing of the strength properties of the condensates for some fcc metals. Such changes of the strength properties are determined by the nanotwinned structure of the condensates. In case of the nickel condensates a considerable rising of the condensate microhardness at decreasing of the substrate temperature is also observed. Influence of the substrate temperature (in the range of 150–800 °C) on the micro- and substructure of the nickel vacuum condensates is investigated in this work. Comparison between microstructure and microhardness is given. It is shown that an increasing the strength properties of the condensates at a decreasing of the substrate temperature are caused by the nanoscale grain boundaries which are effective barriers for moving dislocations. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Наноструктурное материаловедение Тонкие пленки и другие двумерные объекты Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства Устинов, А.И. Фесюн, Е.В. Мельниченко, Т.В. Некрасов, А.А. Романенко, С.М. Тонкие пленки и другие двумерные объекты |
| title | Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства |
| title_full | Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства |
| title_fullStr | Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства |
| title_full_unstemmed | Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства |
| title_short | Влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства |
| title_sort | влияние микроструктуры вакуумных конденсатов никеля на их прочностные свойства |
| topic | Тонкие пленки и другие двумерные объекты |
| topic_facet | Тонкие пленки и другие двумерные объекты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62740 |
| work_keys_str_mv | AT ustinovai vliâniemikrostrukturyvakuumnyhkondensatovnikelânaihpročnostnyesvoistva AT fesûnev vliâniemikrostrukturyvakuumnyhkondensatovnikelânaihpročnostnyesvoistva AT melʹničenkotv vliâniemikrostrukturyvakuumnyhkondensatovnikelânaihpročnostnyesvoistva AT nekrasovaa vliâniemikrostrukturyvakuumnyhkondensatovnikelânaihpročnostnyesvoistva AT romanenkosm vliâniemikrostrukturyvakuumnyhkondensatovnikelânaihpročnostnyesvoistva |