Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода
Приведен краткий обзор результатов работ Харьковского физико-технического института в области синтеза плёнок алмазоподобного аморфного углерода (а-С) вакуумно-дуговым методом. Основное внимание уделено результатам исследований и разработок, основных физико-механических свойств и служебных характерис...
Gespeichert in:
| Datum: | 2002 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2002
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80094 |
| 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: | Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода / И.И. Аксенов, В.Е. Стрельницкий // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 3. — С. 110-118. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80094 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-800942025-02-09T21:09:39Z Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода Аксенов, И.И. Стрельницкий, В.Е. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Приведен краткий обзор результатов работ Харьковского физико-технического института в области синтеза плёнок алмазоподобного аморфного углерода (а-С) вакуумно-дуговым методом. Основное внимание уделено результатам исследований и разработок, основных физико-механических свойств и служебных характеристик плёнок, полученных с применением источников вакуумно-дуговой эрозионной плазмы, очищенной от макрочастиц катодного материала (графита). Приведены данные об областях применения а-С плёнок в настоящее время, о потенциальных возможностях и перспективах практического использования вакуумно-дуговых технологий формирования а-С плёнок с учётом последних разработок технологического оборудования, осуществляемых в ХФТИ. Приведено короткий огляд результатів робіт Харківського фізико-технічного інституту в області синтезу плівок алмазоподобного аморфного вуглецю (а-С) вакуумно-дуговим методом. Основна увага приділена результатам досліджень і розробок основних фізико-механічних властивостей і службових характеристик плівок, отриманих із застосуванням джерел вакуумно-дуговой ерозійної плазми, очищеної від макрочасток катодного матеріалу (графіту). Приведено дані про області застосування (а-С) плівок у даний час, про потенційні можливості і перспективи практичного використання вакуумно-дугових технологій формування (а-С) плівок з урахуванням останніх розробок технологічного устаткування, здійснюваних у ХФТІ. The brief review of the Kharkov Institute of Physics and Technology works in the field of diamond-like amorphous carbon films (а-С) synthesis by a cathodic vacuum - arc method is given. The basic attention is given to investigation and developments of the main physico-mechanical properties and working characteristics of films obtained with application of vacuum - arc erosive plasma filtered from macroparticles of a cathode material (graphite). The data about fields of а-С films application, about potential possibilities and perspectives of practical use of vacuum - arc technologies of а-С films synthesis are given in view of last developments of the process equipment developed by KIPT. 2002 Article Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода / И.И. Аксенов, В.Е. Стрельницкий // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 3. — С. 110-118. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80094 537.534.2:679.826 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| spellingShingle |
Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Аксенов, И.И. Стрельницкий, В.Е. Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Приведен краткий обзор результатов работ Харьковского физико-технического института в области синтеза плёнок алмазоподобного аморфного углерода (а-С) вакуумно-дуговым методом. Основное внимание уделено результатам исследований и разработок, основных физико-механических свойств и служебных характеристик плёнок, полученных с применением источников вакуумно-дуговой эрозионной плазмы, очищенной от макрочастиц катодного материала (графита). Приведены данные об областях применения а-С плёнок в настоящее время, о потенциальных возможностях и перспективах практического использования вакуумно-дуговых технологий формирования а-С плёнок с учётом последних разработок технологического оборудования, осуществляемых в ХФТИ. |
| format |
Article |
| author |
Аксенов, И.И. Стрельницкий, В.Е. |
| author_facet |
Аксенов, И.И. Стрельницкий, В.Е. |
| author_sort |
Аксенов, И.И. |
| title |
Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода |
| title_short |
Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода |
| title_full |
Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода |
| title_fullStr |
Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода |
| title_full_unstemmed |
Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода |
| title_sort |
вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2002 |
| topic_facet |
Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80094 |
| citation_txt |
Вакуумно-дуговой синтез алмазоподобного углерода / И.И. Аксенов, В.Е. Стрельницкий // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 3. — С. 110-118. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT aksenovii vakuumnodugovoisintezalmazopodobnogougleroda AT strelʹnickiive vakuumnodugovoisintezalmazopodobnogougleroda |
| first_indexed |
2025-11-30T21:44:00Z |
| last_indexed |
2025-11-30T21:44:00Z |
| _version_ |
1850253304345395200 |
| fulltext |
УДК 537.534.2:679.826
ВАКУУМНО ДУГОВОЙ СИНТЕЗ АЛМАЗОПОДОБНОГО УГЛЕРОДА
И.И.Аксёнов, В.Е.Стрельницкий
ННЦ Харьковский физико-технический институт
г.Харьков, Украина
Е-mail: strelnitskij @ kipt.kharkov.ua; факс: +(0572)350755
тел: +(0572)356561.
Приведено короткий огляд результатів робіт Харківського фізико-технічного інституту в області синтезу плівок
алмазоподобного аморфного вуглецю (а-С) вакуумно-дуговим методом. Основна увага приділена результатам
досліджень і розробок основних фізико-механічних властивостей і службових характеристик плівок, отриманих із
застосуванням джерел вакуумно-дуговой ерозійної плазми, очищеної від макрочасток катодного матеріалу (графіту).
Приведено дані про області застосування (а-С) плівок у даний час, про потенційні можливості і перспективи
практичного використання вакуумно-дугових технологій формування (а-С) плівок з урахуванням останніх розробок
технологічного устаткування, здійснюваних у ХФТІ.
Приведен краткий обзор результатов работ Харьковского физико-технического института в области синтеза плёнок
алмазоподобного аморфного углерода (а-С) вакуумно-дуговым методом. Основное внимание уделено результатам ис-
следований и разработок, основных физико-механических свойств и служебных характеристик плёнок, полученных с
применением источников вакуумно-дуговой эрозионной плазмы, очищенной от макрочастиц катодного материала (гра-
фита). Приведены данные об областях применения а-С плёнок в настоящее время, о потенциальных возможностях и
перспективах практического использования вакуумно-дуговых технологий формирования а-С плёнок с учётом послед-
них разработок технологического оборудования, осуществляемых в ХФТИ.
The brief review of the Kharkov Institute of Physics and Technology works in the field of diamond-like amorphous carbon
films (а-С) synthesis by a cathodic vacuum - arc method is given. The basic attention is given to investigation and developments
of the main physico-mechanical properties and working characteristics of films obtained with application of vacuum - arc erosive
plasma filtered from macroparticles of a cathode material (graphite). The data about fields of а-С films application, about poten-
tial possibilities and perspectives of practical use of vacuum - arc technologies of а-С films synthesis are given in view of last de-
velopments of the process equipment developed by KIPT.
1.ВВЕДЕНИЕ
Систематические исследования вакуумно-дуго-
вого синтеза плёнок алмазоподобного углерода
(DLC – diamond-like carbon) или «аморфного углеро-
да» (а-С) были начаты в Харьковском физико-техни-
ческом институте В.Е.Стрельницким с сотрудника-
ми в начале 1970-х. Первые публикации по ре-
зультатам этих исследований [1-3] появились вслед
за сообщениями Айзенберга и Шабота [4], а также
Голянова и Демидова [5] о получении таких плёнок
осаждением из потока ионов или нейтральных ато-
мов углерода соответственно. Первые же экспери-
менты продемонстрировали многократные преиму-
щества вакуумно-дугового метода перед другими
способами в отношении скорости роста а-С конден-
сата, его адгезии к подложке и микротвёрдости. Од-
нако получаемые этим методом а-С плёнки содержа-
ли очень большое количество грубых дефектов, обу-
словленных присутствием в конденсируемых пото-
ках плазмы макрочастиц материала эродирующего
катода (графита) вакуумной дуги. Плотность дефек-
тов была столь высока, что возникло даже сомнение
в возможности и целесообразности практического
использования нового метода. Вскоре, однако, путь
к преодолению трудностей, связанных с макроча-
стицами, был найден. Кардинальное решение
проблемы стало возможным с появлением магнит-
ных фильтров – устройств для удаления макроча-
стиц катодного материала из плазмы, генерируемой
катодным пятном дугового разряда низкого давле-
ния. Работы по созданию этих устройств были нача-
ты группой И.И.Аксёнова в 1974 г. Изобретение
плазменного фильтра («сепаратора») с криволиней-
ным плазмоводом, изогнутым в виде четверти тора,
а также с S–образным и Ω-образным плазмоводами
зарегистрировано в 1976г. [6]. Применение этого
фильтра позволило получить результаты, которые
сняли принципиальные ограничения на использова-
ние вакуумно-дугового разряда для формирования
а-С плёнок высокого качества [7]. Именно эти ре-
зультаты послужили толчком к широкомасштабным
исследованиям в области а-С покрытий во всём
мире [8-10].
Настоящая работа представляет собой краткий
обзор результатов исследований и разработок, вы-
полненных авторами и их сотрудниками в области
синтеза а-С плёнок вакуумно-дуговым методом.
Рассмотрены основные результаты разработок клю-
чевых узлов технологического оборудования – плаз-
менных источников с магнитными фильтрами; при-
ведены данные о физико-механических свойствах и
служебных характеристиках получаемых плёнок,
сведения о применении а-С плёнок (покрытий) в на-
стоящее время, дана оценка потенциальных возмож-
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
110
ностей и перспективы практического применения
вакуумно-дугового метода синтеза алмазоподобных
углеродных плёнок.
2. ВАКУУМНО-ДУГОВЫЕ ИСТОЧНИКИ
«ЧИСТОЙ» УГЛЕРОДНОЙ ПЛАЗМЫ
В ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА а-С
Разработанные в ХФТИ методы формирования
а-С плёнок основаны на использовании процессов
осаждения конденсата из плазмы, генерируемой ка-
тодными пятнами вакуумно-дугового разряда посто-
янного тока. Основные требования к параметрам
процесса, обеспечивающего оптимальные характе-
ристики осаждаемого конденсата (энергетический
спектр ионной компоненты плазменного потока,
температурный режим подложки, способ организа-
ции ускоряющего потенциала на поверхности оса-
ждения), изложены нами ранее в работах [7, 11] и
многократно воспроизведены в более поздних пуб-
ликациях зарубежных авторов [10]. Конструкция,
принцип действия и характеристики плазменных ис-
точников, используемых при осуществлении
рассматриваемых процессов, приведены в работах
[11, 13, 14]. Эти источники в различных вариантах
исполнения широко применяются как в лаборатор-
ной практике, так и в производственных условиях (в
установках типа «Булат» различных модификаций).
Поскольку алмазоподобные покрытия (плёнки),
приемлемого качества, как уже отмечалось, могут
быть синтезированы только из «чистой» углеродной
плазмы, то генераторы (источники) этой плазмы
обычно оснащаются плазменными фильтрами. Ис-
точник с фильтром – ключевой инструмент, от на-
личия которого, как мы видели, зависело – быть или
не быть вакуумно-дуговой технологии синтеза алма-
зоподобного аморфного углерода. Когда ситуация
разрешилась в пользу «быть», вопрос трансфор-
мировался в другую форму. Теперь степенью совер-
шенства создаваемых систем «плазменный источник
– плазменный фильтр» определяются перспективы
расширения сферы практического применения такой
уникальной технологии синтеза а-С, каковой являет-
ся вакуумно-дуговая технология. От успехов в раз-
работке этих систем зависят темпы освоения новой
технологии в таких областях как микроэлектроника,
оптика, точная механика, во многом определяющих
ход технического прогресса в целом. Причем на
данном этапе решения обсуждаемой проблемы узло-
вой её частью является совершенствование фильтру-
ющей компоненты систем.
Принцип очистки плазмы от макрочастиц (МЧ) с
помощью магнитного фильтра заключается в следу-
ющем. Между катодом и подложкой размещается
некая преграда, исключающая прямую видимость
между этой подложкой и активной поверхностью
катода, являющейся источником эрозионной плазмы
с МЧ. Такой преградой может служить экран [15]
или стенки изогнутой трубы – плазмовода[16]. Ма-
крочастицы, двигаясь прямолинейно, наталкиваются
на эту преграду и не попадают на подложку, в то
время как ионная компонента плазменного потока с
помощью магнитного поля определённой конфигу-
рации направляется на подложку в обход преграды.
Механизм транспортировки ионов в криволинейных
магнитоэлектрических полях плазменных фильтров
является предметом многочисленных исследований,
результаты которых систематизированы в обзорах
[8, 9].
Согласно сложившимся представлениям, транс-
портировка ионной составляющей плазмы в криво-
линейных фильтрующих системах в условиях замаг-
ниченности электронов и незамагниченности ионов
происходит вдоль магнитных силовых линий, пере-
секающих активную поверхность катода. Для
успешного прохождения плазмы через фильтр эти
линии нигде не должны пересекаться с поверхно-
стью плазмовода. Эффективность транспортировки
определяется уровнем потерь плазмы при её прохо-
ждении вдоль транспортирующего канала. Критери-
ем эффективности прохождения (транспортировки)
плазмы через фильтр принято считать отношение
суммарного ионного потока на выходе канала к раз-
рядному току (Іі/Іd).
Что же касается макрочастиц, то они, имея очень
большую массу (по сравнению с ионами) и слабый
заряд, на поле практически не реагируют. Входя в
криволинейный плазмовод, эти частицы неизбежно
наталкиваются на его стенки.
Вследствие того, что не все МЧ полностью теря-
ют кинетическую энергию даже при нескольких по-
следовательных столкновениях со стенками, замет-
ная их часть проходит до выхода из плазмовода и,
следовательно, − на подложку. Эффективность
очистки плазмы в таком случае тем выше, чем длин-
нее плазмовод, чем он уже и чем больше угол его
суммарного изгиба. Но при этом непременно возрас-
тают потери полезной (ионной) компоненты транс-
портируемого потока, производительность системы
падает, а сложность её изготовления и стоимость
возрастают. Попытки повысить эффективность си-
стем и упростить их конструкцию минимизацией
длины и угла изгиба плазмоведущего канала при от-
носительно широком его поперечном сечении [17]
или путём использования простейшей магнитной
системы в виде двух последовательных прямолиней-
ных соленоидов с углом между осями 45° [18] к же-
лаемому результату не приводят: значительные
конструктивные упрощения системы не сопрово-
ждаются адекватным повышением её эффективно-
сти. Упрощение магнитной системы в рассматривае-
мых случаях ухудшает её транспортирующие каче-
ства. Но самым серьёзным негативным последстви-
ем таких «упрощений» является снижение фильтру-
ющих качеств систем, т. к. перечисленные пути
«упрощения», очевидно, вступают в противоречия с
требованиями, выполнение которых необходимо для
эффективной очистки плазмы.
Следует также отметить, что все известные кри-
волинейные фильтры характеризуются крайне неод-
нородным поперечным распределением плотности
выходного плазменного потока. Эффективная пло-
щадь поперечного сечения потока для большинства
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
111
таких фильтров составляет всего несколько см2, в
лучшем случае − несколько десятков см2. Это, в
свою очередь, обусловливает соответствующие неу-
добства при использовании рассматриваемых
устройств на практике. Обработка изделий с разме-
рами, превышающими сечение плазменного потока,
нанесение покрытий с равномерным распределени-
ем свойств (в первую очередь − толщины) невоз-
можны без дополнительного усложнения систем
введением сканирующих узлов [7, 19].
2.1. ОЧИСТКА ПЛАЗМЫ
ОТ МАКРОЧАСТИЦ
Существующие методы определения степени
очистки плазмы вакуумной дуги от МЧ основаны на
подсчёте плотности дефектов, оставляемых частица-
ми в конденсате (с прилипанием и без прилипания)
[8]. Грубая оценка качества фильтрования плазмы
может быть осуществлена измерением шероховато-
сти (Ra) поверхности конденсата, полученного на
полированной подложке. Что же касается прогнози-
рования степени очистки плазмы, которую должен
обеспечить проектируемый фильтр, то в распоряже-
нии разработчика имеется только один принцип:
проектируемая система должна обеспечивать «от-
сутствие прямой видимости подложки со стороны
катода». Это сильно усложняет проблему оптимиза-
ции фильтра, особенно в тех случаях, когда проекти-
руемую систему предполагается использовать для
очистки плазмы вакуумной дуги с графитовым като-
дом, генерирующим твёрдые, рикошетирующие от
стенок макрочастицы. Проблема упрощается при ис-
пользовании компьютерного расчёта движения МЧ
в плазмоведущем канале [20]. При разработке про-
граммы задача решалась в двумерном приближении
для осесимметричных и плоскосимметричных си-
стем. Предполагалось, что МЧ твёрдые и имеют
сферическую форму, внутренние поверхности плаз-
мовода и перехватывающие ребра гладкие, отраже-
ние частиц от стенок частично упругое, частицы
эмитируются катодным пятном с равной вероятно-
стью в любом направлении в пространство над ак-
тивной поверхностью катода, т. е. функция углового
распределения плотности потока МЧ имеет вид N(
α) = const. Здесь α-угол между нормалью к поверх-
ности катода и направлением вылета МЧ. Результа-
ты расчётов представляют собой графическое изоб-
ражение траекторий как одиночных частиц, поки-
нувших катодное пятно под углом α, так и совокуп-
ности частиц, вылетающих в любой сектор двумер-
ного полупространства над катодом с заданным ин-
тервалом ∆α. Цифровые данные расчёта позволяют
оценить отношение выходного потока макрочастиц
Nex к потоку, генерируемому катодным пятном Nent.
Отношение Nex/ Nent характеризует степень очистки
плазмы от макрочастиц.
Конечно, расчёты с перечисленными допущения-
ми не позволяют осуществить количественную
оценку истинного соотношения Nex /Nent. Но по-
скольку ошибки, вносимые этими допущениями,
имеют регулярный статистический характер, метод
весьма полезен при сравнительной оценке фильтру-
ющих качеств систем с различной геометрией плаз-
моведущего тракта.
2.2. ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ КАЧЕСТВА
МАГНИТНЫХ ФИЛЬТРОВ
Другой важной характеристикой системы фор-
мирования чистой эрозионной плазмы (помимо сте-
пени очистки) является пропускная способность
фильтра, которая зависит от уровня потерь плазмы
при её транспортировке вдоль фильтрующего кана-
ла. Из общих соображений следует ожидать, что эф-
фективность транспортировки будет тем выше, чем
короче путь L от места инжекции (активная поверх-
ность катода) до выхода и чем шире плазмоведущий
канал (радиус R в случае цилиндрического плазмо-
вода) [21].
Кроме диффузии частиц на стенки поперёк маг-
нитного поля следует также учитывать их уход, обу-
словленный смещением потока в криволинейном
поле в направлении центробежной силы вдоль ради-
уса кривизны (центробежный дрейф) и в направле-
нии [H ,grad Н] (градиентный дрейф).
Часть потерь обусловлена также отражением не-
которых частиц от сужений потока силовых линий
транспортирующего Н поля (магнитных «зеркал»).
Такие сужения из-за несовершенства конструкции
системы могут возникать в местах, где «сшиваются»
поля отдельных частей плазмоведущего тракта:
между выходом генератора плазмы и входом торои-
дального плазмовода [22], между отдельными ка-
тушками плазмовода.
Рис. 1. Вакуумно-дуговой источник плазмы с криво-
линейным фильтром (тор, 900). 1-катод; 2-анод; 3-
стабилизирующая катушка; 4-плазмовод с катуш-
ками транспортирующего поля; 5-фокусирующая
катушка; 6-отклоняющие катушки; 7-ребра; 8-
плоскость выходного проема
Таким образом, условия прохождения плазмы
вдоль плазмоведущего тракта фильтрующей систе-
мы тем благоприятнее, чем больше радиус плазмо-
вода R по отношению к радиусу катода rк, чем коро-
че путь между входом и выходом системы, чем
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
112
сильнее магнитное поле (до определённого предела
[16, 22]), чем «прямее» плазмоведущий тракт (т. е.
чем меньше угол изгиба плазмовода) и чем однород-
нее магнитное поле вдоль оси системы (т. е., чем
меньше вариации толщины пучка силовых линий,
пересекающих активную поверхность катода). Оче-
видно, что те из перечисленных требований, кото-
рые относятся к геометрическим параметрам, всту-
пают в противоречие с требованиями, выполнение
которых обеспечивает наилучшее фильтрующее ка-
чество системы (см. предыдущий раздел). В этой
связи выбор геометрических параметров Ρ, ρк, Λ и ϕ
(суммарный угол изгиба плазмовода) определяется
допустимым компромиссом между «конфликтую-
щими» требованиями. Что же касается потерь ион-
ной компоненты плазменного потока, то при задан-
ной геометрии проектируемой системы, обеспечива-
ющей требуемую степень фильтрации, минимизиро-
вать эти потери возможно лишь подбором опти-
мальных напряженности и топографии транспорти-
рующего магнитного поля. Оптимальный уровень
абсолютных значений индукции поля в проектируе-
мых источниках может быть оценен по данным, со-
держащимся в публикациях на эту тему [7, 16, 22].
Подбор топографии полей достаточно удобно осу-
ществлять путём компьютерного моделирования.
Нами для этих целей использовалась прикладная
программа SUPERFISH [21].
2.3. ПЛАЗМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ
С ТОРОИДАЛЬНЫМ (90°)
И ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ФИЛЬТРАМИ
Как уже отмечалось, развитие исследований в
области вакуумно-дугового синтеза а-С плёнок и
разработки магнитных плазменных фильтров на на-
чальной стадии были процессами взаимосвязанны-
ми и взаимообусловленными. Первый вариант
фильтра с плазмоводом в виде четверти тора (рис. 1)
[6, 16] и до настоящего времени остаётся наиболее
распространённым как в лабораторной практике, так
и в промышленном производстве.
Вместе с тем сложность, сравнительно низкая
производительность и, как отмечают многие иссле-
дователи, далеко не идеальная очистка плазмы,
обеспечиваемая этими фильтрами, тормозят даль-
нейшее продвижение этого устройства в произ-
водственную практику. Поэтому совершенствование
существующих фильтров и поиск альтернативных
решений остаются по-прежнему актуальными.
Как альтернатива криволинейному плазменному
фильтру в ХФТИ разработан так называемый «пря-
молинейный» фильтр, схема которого представлена
на рис. 2,а.Подробные описания различных вариан-
тов этого устройства приведены в [15, 23, 24].
Устройство существенно проще криволинейного
прототипа, вследствие чего оно нашло довольно ши-
рокое применение в производственной практике.
Вместе с тем до недавнего времени оставался
открытым вопрос о конкурентоспособности прямо-
линейного фильтра по отношению к «тороидально-
му» с точки зрения производительности и степени
очистки плазмы от макрочастиц. Нами была пред-
принята попытка выяснения этого вопроса путём
сравнительных испытаний двух конкурирующих си-
стем. Для того, чтобы данные испытаний более
объективно отражали принципиальные возможности
сравниваемых систем, предварительно были опти-
мизированы геометрия их плазмоведущих каналов и
топография транспортирующих магнитных полей с
применением описанных выше расчётных методов.
Традиционная геометрия тороидального фильтра
(рис. 1) с набором пластинчатых рёбер на внутрен-
ней поверхности плазмовода не обеспечивает пол-
ной очистки плазменного потока от МЧ. Значитель-
но более эффективное их подавление обеспечивает-
ся при замене пластинчатых рёбер рёбрами с тре-
угольной формой поперечного сечения [20]. Опти-
мальные магнитные поля в системе выбирались с
учётом опыта предыдущих работ [7, 16, 22] по мак-
симуму ионного тока на выходе плазмовода.
Рис. 2. Источник плазмы с прямолинейным
фильтром
1-катод; 2-анод; 3-поджигающее устройство;
4- стабилизирующая катушка; 5-катушки транс-
портирующего магнитного поля; 6-экран; 7-ребра;
8-подложка
Результаты расчётов траектории МЧ в прямоли-
нейном фильтре для наиболее эффективного вариан-
та геометрии перехватывающих экранов (рёбер)
приведены в работе [21]. Оптимальный ход магнит-
ных силовых линий в прямолинейном фильтре (рас-
чёт) показан на рис. 2,б.
Покрытия для экспериментальных исследований
получали на полированных медных пластинах при
токе дуги Ιd = 120 А. Образцы размещались на рас-
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
113
а)
б)
стоянии 100 мм от выходного торца фильтра. Ми-
кротвёрдость измеряли с помощью нанотвердомера
Nano-Indentor – II при нагрузке 5мH (~5г). Результа-
ты исследований приведены в табл. 1. Расчеты пока-
зывают, что при определённых геометрических па-
раметрах плазмовода величина Nex может быть сни-
жена до пренебрежимо малого значения (вплоть до
нуля). Однако наши эксперименты, как и опыт дру-
гих исследователей, не подтверждают такой вывод.
Это можно объяснить тем, что в транспортировке
макрочастиц кроме многократных отскоков от сте-
нок заметную роль играют другие механизмы [25],
которые не учитываются нашей моделью.
Таблица 1
Результаты испытаний тороидального (900) и прямолинейного фильтров
Тип фильтра ddep,см Vdep,
мкм/час
h, мкм ∆h,
%
Hµ, ГПа dmp,
мкм
m, см-2 Nex/Nent ,%
(расчет)
Тор (90º) 18* 2 1.1 ±5 70±2 1…3 1·106 0
Прямолин. 16 2.5 1.5v ±5 71±2 1…3 1.6·107 4.4
В таблице 1: Vdep – скорость осаждения; ddep –
диаметр пятна с покрытием; h – толщина покрытия
(среднее значение); ∆h – отклонение толщины по-
крытия от среднего значения; Hµ – микротвердость;
dmp – размеры идентифицированных МЧ; m – плот-
ность дефектов (макрочастиц) в покрытии; Nex/Nent –
коэффициент прохождения плазмы через фильтр.
Тем не менее, как следует из приведенных дан-
ных, расчёт траекторий частиц в плазмоводе с
учётом их рикошетирования позволяет дать верную
качественную оценку степени подавления макроча-
стиц в сравниваемых между собой фильтрующих
системах.
3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА И СЛУЖЕБНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ DLC ПОКРЫТИЙ
С помощью вакуумно-дуговых источников угле-
родной плазмы, оснащённых магнитными фильтра-
ми, получены покрытия, обладающие предельно вы-
сокими качествами, приближающимися к свойствам
алмаза: их плотность достигает 3.3…3.4 г/см3, ми-
кротвёрдость – до 180 ГПа, электросопротивление –
до 1010 Ом⋅см, концентрация тетраэдрических (sp3)
связей – до 85%, коэффициент трения в воздушной
среде и в вакууме составляет 0.04 … 0.1. Результаты
исследований DLC покрытий, полученных в широ-
ком диапазоне параметров процесса их формирова-
ния, содержатся в работах [1-3, 11,12, 26-36]. Неко-
торые, наиболее важные служебные характеристики
и обусловленные ими области практического при-
менения DLC покрытий приведены ниже.
3.1. ФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА,
ИЗНОС ТРЕНИЕМ
3.1.1. НИЗКИЕ СКОРОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ [29]
Исследовалась пара трения, состоящая из сталь-
ного (ст. 45) диска с DLC покрытием и сферическо-
го инжектора из стали ШХ-15. Толщина покрытия
составляла 3…4 мкм, микротвёрдость – 40 и 180
ГПа. Испытания проводились в вакууме (10-5 Па) в
диапазоне скоростей скольжения 0.1…6.0 м/сек при
нормальной нагрузке 10 … 80 Н. В воздухе (105 Па)
испытания проводились при скоростях скольжения
6·10-4 … 6·10-2 м/сек при нагрузке 10 Н. Скорость из-
носа оценивалась по линейному износу сферическо-
го индентора. Полученные данные свидетельствуют
о высокой износостойкости испытуемой пары, как
на воздухе, так и в вакууме. Максимальной износо-
стойкостью при минимальном значении коэффици-
ента трения отличается пара с покрытиями, имею-
щими наибольшую микротвёрдость.
3.1.2. ВЫСОКИЕ СКОРОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ [
30]
Исследования особенностей фрикционных
свойств DLC покрытий в парах трения с высокими
относительными скоростями скольжения проводи-
лись в связи с необходимостью решения проблемы
надёжности и долговечности бесконтактных газоди-
намических опор и электростатических подвесов
высокоскоростных роторов гироустройств. Работы
проводились совместно с предприятиями «Азимут»
(г. Ленинград).
При выборе наиболее износостойкой антифрик-
ционной пары трения проведены сравнительные
стендовые испытания образцов с а-С и ТіN покры-
тиями, осаждённых вакуумно-дуговым методом, а
также покрытия, сформированные методом элек-
троискрового легирования (твёрдый сплав ТТ7К12),
методом детонационного напыления (ВК15, Аl2О3,
смесь 60% Аl2О3 + 40% ТiО2), термохимическими
методами (алитированием, хромированием с нитри-
дизацией), а также сухим, жидкостным и газо-
фазным борированием. Всего 23 варианта пар тре-
ния. В процессе испытаний оценивались износ, ин-
тенсивность износа и коэффициент трения. Схема
испытаний: сфера – плоскость. Сферический обра-
зец приводился во вращение, плоский оставался не-
подвижным, скольжение - по экватору. Материал
образцов – сталь 40ХНЮ, используемая для изго-
товления элементов опоры. Испытания проводились
на воздухе при скорости скольжения до 5 м/сек, а
также в нестационарном режиме трения, имитирую-
щем режим пуск–останов газодинамической опоры.
Скорость вращения при разгоне и выбеге изменя-
лась в пределах 0…26000 об/мин (0 … 50 м/сек).
Испытания показали, что высокой износостойко-
стью и низким коэффициентом трения обладают по-
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
114
крытия, нанесенные детонационным методом
(ВК15, Аl2О3) (рис. 3,а) и вакуумно-дуговым мето-
дом (DLC и TiN) (рис. 3,б).
Причём наилучшей парой является DLC покры-
тие (на неподвижном образце) – TiN покрытие (на
подвижном образце). Коэффициент трения для этой
пары не превышает 0.16 (с тенденцией к приработке
до 0.09), интенсивность изнашивания – чрезвычайно
низкая (в среднем – 0.05 мкм/км или 5 · 10-11). Ре-
зультаты измерений интенсивности износа и коэф-
фициента трения для указанных пар приведены на
рис. 3. Дальнейшие испытания показали, что пары
покрытий DLC – DLC и DLC – ТiN при сухом тре-
нии в газовых средах (воздух, гелий, водород) и в
вакууме (1сПа) имеют высокую износостойкость.
Коэффициент изнашивания для них составляет (2 …
4)×10-10 (DLC - ТiN) и (4 … 8)×10-10 (DLC - DLC).
Рис.3. Зависимость интенсивности износа непо-
движных образцов пар трения
а - покрытия, нанесенные детонационным напыле-
нием. Al2O3 – BK12 (1); Al2O3 - Al2O3 (2); BK15 -
Al2O3 (3); BK15 – BK15 (4); б – покрытия, нанесен-
ные вакуумно-дуговым методом; TiN – TiN (1); DLC
– DLC (2); DLC – TiN (3); TiN – DLC (4).Первым в
каждой паре обозначен материал покрытия враща-
ющегося образца (сферы)
Высокоскоростные испытания пары DLC – ТiN
осуществлялись в воздухе и в вакууме в нестацио-
нарном режиме «пуск - стоп». Скорость относитель-
ного скольжения поверхностей образцов достигала
40 м/сек. Образцы выдерживали до 5000 циклов без
существенного износа. Это на два порядка больше
того, что обеспечивалось использовавшимися в то
время штатными покрытиями.
3.2. ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
В УСЛОВИЯХ КАВИТАЦИИ
Данные об интенсивности разрушения алмазо-
подобных углеродных покрытий в условиях кавита-
ционного воздействия в жидких средах дополняют
картину общих представлений об их стойкости к ме-
ханическим воздействиям различного характера.
С целью получения таких данных исследовались
последствия микроударных нагрузок в условиях ка-
витации на поверхность а-С, а-СН и стеллита как
наиболее кавитационно- и эрозионностойкого мате-
риала [30] по методике, описанной в работе [37].
Установлено, что стойкость исследуемых мате-
риалов покрытий к кавитационному износу зависит
от материала подложки и повышается с увеличени-
ем модуля упругости последней. Интенсивность ка-
витационного износа покрытий тем ниже, чем выше
их микротвердость. Стальные образцы с
«твёрдыми» (180 ГПа) а-С плёнками показали в
несколько раз более высокую стойкость, чем стел-
лит. Динамика потерь массы DLC покрытий и стел-
лита демонстрируется графиками на рис. 4.
Располагая приведенными данными, можно
прогнозировать также защитные качества DLC по-
крытий в условиях взаимодействия с газопылевыми
потоками, поскольку, как показано авторами работы
[38], между интенсивностями кавитационно-жид-
костной и газопылевой эрозии существует опре-
делённая, достаточно жёсткая корреляция.
Рис. 4. Убыль массы покрытия (∆m) в зависимости
от времени кавитационного воздействия α-С
Нµ=40 Гпа, d=2.4г/см3 (1); α-С, Нµ=100 Гпа,
d=3.0г/см3 (2); α-С, Нµ=180 Гпа, d=3.4г/см3 (3); α-С,
Нµ=38 Гпа, d=2.4г/см3 (4); стеллит (5)
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
115
а)
б)
3.3 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Исследования оптических свойств DLC плёнок
было выполнено В. Е. Стрельницким, С. И. Вакулой
и А. И. Тимошенко в начале 1980-х. Объектом ис-
следований были углеродные плёнки, нанесенные
на стеклянные подложки (для измерений в видимом
диапазоне), а также на подложки из германия и се-
ленида цинка – для экспериментов в инфракрасном
диапазоне длин волн. Изучение спектров пропуска-
ния Т (λ) и отражения R (λ) осуществлялось с при-
менением спектрофотометра СФ-16 (в видимой об-
ласти). Эталоном отражающей поверхности слу-
жило алюминиевое зеркало. Измерения R в ИК об-
ласти выполнялись на спектрофотометре ИКС-29.
Величины R, T и h (толщина плёнки) использо-
вались в качестве исходных данных при вычисле-
нии показателя преломления (n) и показателя погло-
щения (k) по методике, приведенной в [39]. Величи-
на энергетической щели Ео рассчитывалась по спек-
тральной зависимости К экстраполяцией линейной
части кривой к К = 0 из соотношения [40]:
( ) ( )0
2
1
EhAKh −= ωω , (1)
где А – постоянная величина, ω - частота волны па-
дающего света.
Анализ полученных результатов измерений (рис.
5) показывает, что DLC плёнка является аморфным
полупроводником с шириной щели по подвижности
примерно 1,7 эВ и должна быть достаточно прозрач-
ной вдали от края полосы поглощения, т. е. в ИК об-
ласти. Представляется разумным использовать такие
плёнки для просветления ИК оптики из германия и
кремния, т. к. выполняется основное условие про-
светления n2 ∼ ns (n и ns – показатели преломления
плёнок и подложки соответственно).
Рис. 5. Спектральные зависимости
а – коэффициентов пропускания Т (1) и отражения
R (2); б – показателей преломления (1) и поглощения
(2), а также величины ωkh от Е (3).
Минимум отражения системы плёнка-подложка
при nh = π⁄4 определяется выражением [39]:
2
2
2
+⋅
−⋅
=
nnn
nnn
R
so
so , (2)
где nо – показатель преломления воздуха.
Для Ge (n = 4.0) и Si (n = 3.6) с DLC плёнкой (n=
2.05±0.02) минимумы коэффициентов отражения со-
гласно (2) составляют соответственно 0.06% и
0.64%. Следовательно, в отсутствии поглощения в
подложке и плёнке максимальное пропускание про-
светлённых элементов из германия и кремния с дву-
сторонним DLC покрытием может достигать 98…
99%.
Эксперименты показали, что эффективное про-
светление германиевой пластины с двусторонним
DLC покрытием толщиной 1.29 мкм приходится на
области длин волн 8…12 мкм и 3…3.5 мкм для пер-
вого и второго порядка интерференции соответ-
ственно. Максимальное значение коэффициента
пропускания (около 90%) соответствует длинам
волн 3.3 и 10 мкм. Область минимальных значений
Тmin приходится на интервал 5 … 6 мкм. Расхожде-
ния между экспериментально наблюдавшимся про-
светлением и результатами теоретической оценки
объясняются неодинаковостью толщин плёнок, на-
несенных на разные стороны подложки, а также на-
личием поглощения в реальной подложке и в покры-
тии.
Эксперименты с селенидом цинка показали, что
коэффициенты пропускания для образцов из этого
материала с DLC покрытиями и без покрытий прак-
тически совпадают. Поскольку коэффициент отра-
жения на границе ZnSe – воздух составляет прибли-
зительно 20%, то, просветляя внутреннюю поверх-
ность оптического элемента традиционным спосо-
бом и защищая наружную поверхность DLC покры-
тием, можно ожидать увеличения пропускания эле-
мента до 80%.
ПРИМЕНЕНИЕ, ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗ-
МОЖНОСТИ, ПЕРСПЕКТИВЫ
Высокая износостойкость DLC покрытий откры-
вает широкие возможности их применения в произ-
водстве мерительных инструментов, шаблонов, на-
конечников активного контроля, щупов, а также для
существенного повышения триботехнических харак-
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
116
R,% T,%
а)
б)
теристик узлов, работающих в условиях сухого тре-
ния.
Положительные результаты получены при ис-
пользовании инструментов с DLC покрытиями для
выглаживания и полировки изделий из меди, лату-
ни, алюминия, сталей, твёрдых сплавов и сверхтвёр-
дых материалов на базе кубического нитрида бора.
Применение выглаживателей из высокоуглероди-
стой инструментальной стали с DLC покрытиями
позволило снизить шероховатость обрабатываемых
изделий из немагнитных материалов (Al, Cu, латунь,
бронза) на 2 – 3 класса. При этом изготовление вы-
глаживателя из инструментальной стали, включая
заточку, полировку и нанесение покрытия, обходит-
ся дешевле, чем изготовление выглаживателя из по-
ликристаллов АСБ и АСПК.
Применение вращающихся металлических дис-
ков с DLC покрытиями для полирования цветных
металлов, а также сталей У10, ШХ15 и твёрдого
сплава ВК6 позволило получить зеркальные поверх-
ности с шероховатостью, соответствующей 13 клас-
су чистоты. Инструментом с DLC покрытиями поли-
руют и такие сверхтвёрдые материалы как гексанит
- Р и ПТНБ.
Нанесение DLC плёнок толщиной 1 мкм на
переднюю и заднюю режущие кромки свёрл диамет-
ром 1 мм из стали Р6М5 повышает стойкость этих
свёрл в 1.5…3 раза при сверлении стеклопластика.
Примером практического применения вакуумно-
дугового метода осаждения а-С покрытия в машино-
строении служит разработанная нами технология
нанесения этих покрытий на поршни компрессора и
вытеснителя газовой криогенной машины (ГКМ),
разработанной в Харьковском Физико-техническом
институте низких температур НАН Украины. Долго-
вечность поршневого узла в штатном исполнении
составляет в среднем около 100 часов. Нанесение а-
С покрытия приводит к повышению срока службы
узла в 4 раза и более. Более низкий коэффициент
трения (по сравнению со штатным вариантом узла)
снижает на 40% энергопотребление машины. Высо-
кая износостойкость элементов узла позволяет прак-
тически исключить загрязнение рабочего вещества
ГКМ.
Результаты исследований функциональных
свойств покрытий в условиях высоких скоростей
скольжения легли в основу разработок газодинами-
ческих опор и вакуумных электростатических под-
весов для высокоскоростных гироустройств нового
поколения.
В качестве антифрикционной пары трения здесь
используется «безизносная» пара покрытий DLC –
TiN. Представляется весьма перспективным при-
менение этих покрытий в прецизионных узлах сухо-
го трения в широком диапазоне относительных ско-
ростей скольжения трущихся поверхностей в воз-
душной среде, в атмосфере инертных газов и водо-
рода, в вакууме (в гироскопах, центрифугах, под-
шипниках с газовой смазкой, в поршневых парах
компрессоров и т. п.).
Высокая стойкость DLC к воздействию агрессив-
ных сред, стойкость в условиях эрозионного воздей-
ствия и полная биологическая индифферентность
определяют привлекательность этого материала для
использования в медицине (защитные покрытия в
производстве хирургического и другого инструмен-
тария, в протезировании суставов, клапанов сердца
и т. п.).
Оптические свойства DLC покрытий делают пер-
спективным их применение для защиты и просвет-
ления оптических элементов из германия, кремния,
селенида цинка. К таким элементам могут быть от-
несены окна ИК систем, работающих в условиях по-
вышенной запыленности внешней среды и морского
тумана. В связи с тем, что DLC пленки достаточно
прозрачны в видимом диапазоне излучения, пред-
ставляется возможным их применение для защиты и
просветления элементов солнечных батарей на
основе аморфного гидрогенезированного кремния.
Другой перспективной областью применения
DLC покрытий с использованием их оптических
свойств в видимом диапазоне является поверхност-
ная защита от износа фотошаблонов в микроэлек-
тронике. Предварительные испытания фотошабло-
нов с такими покрытиями на операциях изготовле-
ния микросхем показали трехкратное повышение их
износостойкости. О перспективности применения
DLC в пассивных и активных элементах и структу-
рах современной микроэлектроники свидетельству-
ют результаты работы [41].
Значительные успехи достигнуты в практиче-
ском освоении вакуумно-дуговой технологии оса-
ждения сверхтонких покрытий (до 2.5 нм) в произ-
водстве систем магнитной записи и считывания ин-
формации.
Отмеченные успехи в практическом освоении
технологии синтеза а-С покрытий были бы невоз-
можны без развития ее аппаратурного обеспечения,
без совершенствования систем, генерирующих пото-
ки «чистой» эрозионной плазмы углерода. Прогресс
в этой области, достигнутый харьковской группой
исследователей (ХФТИ) в последнее десятилетие,
соответствует современному уровню мировых раз-
работок в данном направлении, а в некоторых дета-
лях превосходит его. Так, особый оптимизм внуша-
ют результаты последних лабораторных исследова-
ний системы с преобразованием аксиальных встреч-
ных потоков плазмы в общий радиальный поток [42,
43]. Система предложена И.И.Аксеновым в середи-
не 1980-х гг. Анализ опубликованных данных пока-
зывает, что даже в лучших вариантах современных
фильтров теряется не менее 50% ионной компонен-
ты первичного плазменного потока. В новой же си-
стеме потери в определенных условиях практически
отсутствуют. Показатель эффективности транспор-
тировки плазмы Ii/Id для этой системы составляет ве-
личину не менее 8.5% (против 3.5% для лучших об-
разцов других известных систем). Эта величина при-
ближается к тому пределу (8…10%), которым харак-
теризуются возможности вакуумной дуги катодного
типа как источника металлической плазмы [43].
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
117
ЛИТЕРАТУРА
1.В.Е.Стрельницкий и др. Рентгенографическое ис-
следование метастабильной модификации кубиче-
ского алмаза //ДАН УССР, 1976, А, №5, с.459−461.
2.В.Е.Стрельницкий и др. Промежуточная фаза кри-
сталлического углерода //ДАН УССР, 1977,. А, №8,
с.760−762.
3.В.Е.Стрельницкий, В.Г.Падалка.,С. И. Вакула. Не-
которые свойства алмазоподобных пленок, получен-
ных при конденсации потока углеродной плазмы в
условиях использования ВЧ-потенциала //ЖТФ,
1978, т.48, №2, с.377−381.
4.S.Aisenberg, S.Shabot R. Ion-beam deposition of dia-
mond-like carbon films //J. Appl. Phys., 1971, v.42, N7,
p.2953−2958.
5.В.М.Голянов, В.П.Демидов. Способ получения ис-
кусственных алмазов. А.с. СССР 1973г., №411037.
6.И.И.Аксенов, В.А.Белоус, В.Г.Падалка. Установка
для нанесения покрытий в вакууме. А.с. СССР 1978
г., № 605425.
7.И.И.Аксенов и др. Высокоэффективный источник
чистой углеродной плазмы //ЖТФ, 1980, т.50, №9,
с.2000.
8.R.L.Boxman. Vacuum Arc Deposition: Early History
and Recent Developments //Proc. of the XIXth ISDEIV,
Xi’an, China, Sept. 2000, р.1−8.
9.A.Anders. Approaches to rid cathodic arc plasma of
macro and nanoparticles: a review //Surf. and Coat.
Thechn., 1999, v.120−121, p.319.
10.A.Anders et al. Ultrathin Diamond-like Carbon
Films Deposited by Filtered Carbon Vacuum Arcs
//Proc. of the XIXth ISDEIV, Xi’an, China, Sept. 2000,
p.541−547.
11.И.И.Аксенов и др. Покрытия, полученные кон-
денсацией плазменных потоков в вакууме //УФЖ,
1979, т.24, №4, с.515−525.
12.В.Е.Стрельницкий, В.Г.Падалка, С.И.Вакула. Не-
которые свойства алмазоподобных пленок, получен-
ных при конденсации потока углеродной плазмы в
условиях использования ВЧ-потенциала //ЖТФ,
1978, т.48, №2, с.377−381.
13.И.И.Аксенов и др. Вакуумно-дуговое устрой-
ство. Авт.орское свидетельство СССР 1983 г.,
№1040631.
14.И.И.Аксенов, В.А.Белоус. Зажигание вакуумной
дуги в стационарных источниках металлической
плазмы //ПТЭ, 1979, №3, с.160−162.
15.I.I.Aksenov and V.M.Koroshikh. Filtering Shields in
Vacuum Arc Plasma Sources //Materials Sci. Forum
Vols. 1998, v.287−288, р.283−286.
16.И.И.Аксенов и др. Устройство для очистки плаз-
мы вакуумной дуги от макрочастиц //ПТЭ, 1978,
№5, с.236.
17.V.I. Gorokhovsky //US Patent 1995, N5,435,900.
18.S.Falabella, D.M.Sanders. Filtered cathodic are
source //US Patent 1994, N 5,279,723.
19.И.И.Аксенов, В.А.Осипов, В.Г.Падалка, В.М.Хо-
роших. Управление диаграммой направленности
плазменных потоков //Источники и ускорители
плазмы, 1980, т.4, с.19−23.
20.I.I.Aksenov, D.Yu.Zaleskij, V.E.Strel’nitskij. On the
Efficiency of System for Filtered Catholic Arc Deposi-
tion //1-st Int. Congr. on Radiation Physics, High Cur-
rent Electronics and Modification of Materials, Sept.
2000, Tomsk, Russia. Proceedings, v.3, p.130−138.
21.I.I.Aksenov, D.Yu.Zaleskij, V.E.Strel’nitskij. On the
Efficiency of Plasma Filters for the Cathodic Arc Syn-
thesis of DLC Films // Proc. of the 6th Applied Diamond
Conf/ 2nd Frountier Carbon Tachnology Joint Confer-
ence, Auburn, AL, USA, 2001.
22.S.Anders, A.Anders, I.Brown. Focused injection of
vacuum arc plasmas into curved magnetic filters //J. Ap-
pl. Phys. 1994, v.75, N10, p.4895.
23.I.I.Aksenov, V.A.Belous, V.G Padalka,
V.M.Khoroshikh. Arc Plasma Generator. Canadian
Patent, 1982, N1176599.
24.I.I.Aksenov et al. A rectilinear plasma filtering sys-
tem for vacuum-arc deposition of diamond-like carbon
coatings //Diamond and Related Materials. 1999, N8,
p.468−471.
25.M.Keidar et al. Macroparticle distribution in a quar-
ter-torus plasma duct of a filtered vacuum-arc deposi-
tion system //J. Phys. D. Appl. Phys. 1997, v.30, p.2972
−2978.
26.В.Е.Стрельницкий и др. О некоторых свойствах
алмазоподобных углеродных покрытий, полученных
конденсацией вещества из плазменной фазы //Пись-
ма в ЖТФ, 1978, N4, p.1355−1358.
27.И.И.Аксёнов, В.Г.Падалка, В.Е.Стрельницкий и
др. Некоторые свойства алмазоподобных углерод-
ных покрытий и возможные области их применения
//Сверхтвердые материалы, 1979, №1, c.25−28.
28.I.I.Akcenov, V.E.Strel’nitskij. Properties of dia-
mond-like coaings prepared by vacuum arc deposition
//Surface and Coatings Tecnology. 1991, v.47, p.98−
105.
29.I.I.Akcenov and V.E.Strel’nitskij. Wear resistance of
diamond-like carbon coatings //Surface and Coatings
Tecnology. 1991, v. 47, p.252−256.
30. I.I.Akcenov, M.G.Maksimov, Yu. Ya.Palij and
V.E.Strel’nitskij. Tribological behaviour of diamond-
like carbon coatings at high rates of sliding //Diamond
and Related Materials, 1993, N2, p. 866−868.
31.V.E.Strel’nitskij et al. Elastic characteristics of dia-
mond-like carbon coatings //Diamond and Related Ma-
terials, 1993, N2, p. 869−872.
32.I.I.Akcenov, S.I.Vacula and V.E.Strel’nitskij. Opti-
cal spectra of diamond-like carbon films in the energy
region between 1 and 13 eV //Ibid. p.1387.
33.I.I.Akcenov, S.I.Vacula, V.G.Marinin, I.I.Osta-
penko and V. E. Strel’nitskij. Strength of diamond-like
carbon coatings under cavitation conditions // Diamond
and Related Materials, 1993, N2, p. 866-868.
34.V.S.Bojko, L.F.Krivenko, V.G.Marinin,
I.L.Ostapenko, V.E. Strel’nitskij. Acoustic emission on
microdistruction of diamond-like carbon coatings pre-
pared by vacuum arc deposition //Diamond and Related
Materials. 1995, N4, p.791−793.
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
118
35.Е.Л.Островская, В.Е.Стрельницкий. Влияние ми-
кромеханических свойств алмазоподобных углерод-
ных покрытий на их фрикционное поведение при
криогенных температурах //Тр. 12-го Междунар.
симп. «Тонкие пленки в электронике», Апрель 2001,
Харькoв, с.141−145.
36.Е.К.Севидова, Л.И.Пупань, Ю.Я.Волков,
В.Е.Стрельницкий, А.И.Тимошенко. Сравнительная
оценка некоторых характеристик α-С и α-С:Н по-
крытий //Тр. 12-го Междунар. симп. «Тонкие пленки
в электронике», Апрель 2001, Харьков, с.192−194.
37.В.С.Кирилов, В.И.Коваленко, В.Г.Маринин,
В.П.Подтыкан и Ю.Я.Поляков //Поверхность, 1983,
№10, с.148.
38.Г.Н.Картмазов и др. Исследование эрозии покры-
тий из нитрида титана под воздействием кавитации
и воздушно-абразивного потока //Вопросы атомной
науки и техники. Серия: Физика радиационных по-
вреждений и радиационное материаловедение,
1998, №5, с.71−74.
39.Г.В.Розенберг. Оптика тонкослойных покрытий.
М. «Физматиз», 1958г.
40.E.A.Devis, N.F.Mott. Conduction in non-cristalline
sistems //Phil. Mag. 1970, v.22, N179, p.903−922.
41.С.М.Ротнер, В.А.Мокрицкий. Алмазоподобные
пленки в микроэлектронике //Proc. ISTFE, 2001,
Kharcov, Ukraine, p.114 −115.
42.I.I.Akcenov, V.M.Khoroshikh, N.S.Lomino,
V.D.Ovcharenco, Yu.A.Zadneprovsky. Transformation
of Axial Vacuum-Arc Plasma Flows into Radial
Streams and Their Use in Coating Deposition //IEEE
Trans. on Plasma Sci. 1999, v.27, N4, p.1026−1029.
43.I.I.Akcenov. Formation of Radial Filtered Streams of
Vacuum-Arc Erosion Plasma //Proc. “4th Int. Symp.
Vac. Tech. And Equip.” Kharkov, Ukr., 2001, p.139−
145.
___________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ, 2002, №3.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (81), с.110-118.
119
ВАКУУМНО ДУГОВОЙ СИНТЕЗ АЛМАЗОПОДОБНОГО УГЛЕРОДА
1.ВВЕДЕНИЕ
2. ВАКУУМНО-ДУГОВЫЕ ИСТОЧНИКИ «ЧИСТОЙ» УГЛЕРОДНОЙ ПЛАЗМЫ
В ТЕХНОЛОГИИ СИНТЕЗА а-С
2.1. ОЧИСТКА ПЛАЗМЫ
ОТ МАКРОЧАСТИЦ
2.2. ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ КАЧЕСТВА МАГНИТНЫХ ФИЛЬТРОВ
2.3. ПЛАЗМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ
С ТОРОИДАЛЬНЫМ (90)
И ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ФИЛЬТРАМИ
3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА И СЛУЖЕБНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ DLC ПОКРЫТИЙ
3.1. ФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА,
ИЗНОС ТРЕНИЕМ
3.1.1. НИЗКИЕ СКОРОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ [29]
3.1.2. ВЫСОКИЕ СКОРОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ 30
3.2. ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
В УСЛОВИЯХ КАВИТАЦИИ
3.3 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Применение, потенциальные возможности, перспективы
ЛИТЕРАТУРА
|