Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC

Методами широкоугловой рентгеновской дифрактометрии в сочетании с рентгенфлюоресцентным спектральным анализом изучено влияние состава распыляемого материала и температуры осаждения на фазовый и элементный составы, структуру, субструктурные характеристики и напряженное состояние ион...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физическая инженерия поверхности
Дата:	2007
Автор:	Соболь, О.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2007
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98820
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:	Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC / О.В. Соболь // Физическая инженерия поверхности. — 2007. — Т. 5, № 1-2. — С. 101–109. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860249799612170240
author	Соболь, О.В.
author_facet	Соболь, О.В.
citation_txt	Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC / О.В. Соболь // Физическая инженерия поверхности. — 2007. — Т. 5, № 1-2. — С. 101–109. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Физическая инженерия поверхности
description	Методами широкоугловой рентгеновской дифрактометрии в сочетании с рентгенфлюоресцентным спектральным анализом изучено влияние состава распыляемого материала и температуры осаждения на фазовый и элементный составы, структуру, субструктурные характеристики и напряженное состояние ионно-плазменных конденсатов квазибинарной системы WC-TiC. Методами ширококутової рентгенівської дифрактометрії та рентгенофлюоресцентного спектрального аналізу вивчено вплив складу матеріалу, що розпорошується, та температури осадження на фазовий та елементний склад, структуру, субструктурні характеристики та напружений стан іонно-плазмових покриттів квазібінарної системи WC-TiC. Using X-ray diffraction and X-ray fluorescent spectral methods the effects of sputtered material and deposition temperature on the phase and element composition, structure, substructure features, and stress state in the ion-plasma quasi-binary WC-TiC coatings.
first_indexed	2025-12-07T18:42:06Z
format	Article
fulltext	ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2 101 ВВЕДЕНИЕ Фазовые переходы позволяют при неизмен- ной или практически неизменной средней концентрации элементов добиться сущест- венного изменения функциональных свойств материала. В случае условий, близких к рав- новесным, к фазовым переходам могут при- водить изменения макропараметров системы, таких, например, как температура и давление. В сильно неравновесных системах фазовые переходы могут быть инициированы дейст- вием не только макропараметров, но и могут происходить в результате проявления флук- туационной неоднородности на микро- и на- но- уровнях, например, при концентрацион- ном расслоении. Вследствие чего для мате- риалов в метастабильном состоянии это при- водит к достижению гораздо более широкого спектра возможных фазовых составов и структурных состояний. К таким материалам относятся нанокристаллические конденсаты, полученные осаждением из ионно-плазмен- ных потоков, например, формируемые с испо- льзованием метода ионного распыления. В этом случае еще одной из особенностей стру- ктурного состояния материала конденсата яв- ляется образование при его формировании высокой плотности неравновесных вакансий [1 – 3]. Особенно большой спектр различных фа- зовых составов и структурных состояний сле- дует ожидать при конденсации твердых раст- воров, образующихся на основе квазибинар- ных систем боридов, карбидов или нитридов переходных металлов с сильно разнящимся электронным строением. К таким переход- ным металлам относится пара: титан – вольф- рам, которая позволяет достигнуть наиболее сильного различия по их химической актив- ности к неметаллическим атомам (титан рас- положен в 4-й группе и 4-м периоде, а вольф- рам в 6-й группе и 6-м периоде системы эле- ментов). Кроме того, большое различие по массам и соответственно рассеивающей спо- собности Ti и W атомов обеспечивает для этой системы высокую выявляемость различ- ных структурных изменений при использова- нии для этого рентгендифракционных ме- тодов [4]. Структура на основе относительно прос- той кубической гранецентрированной решет- ки и высокие функциональные характерис- тики исходных составляющих, делает квази- бинарную систему WC-TiC весьма перспек- тивной для ее промышленного использова- ния. Кроме того, простая решетка свойствен- ная как отдельным компонентам этой сис- темы так и твердому раствору в конденсиро- ванном состоянии [5], позволяет достаточно в полной мере охарактеризовать процессы, выявляемые по результатам исследований широкоугловой рентгеновской дифрактомет- рии. Поэтому целью данной работы было на примере квазибинарной системы WC-TiC с кубической решеткой рассмотреть законо- мерности формирования фазового состава, структуры, напряженного состояния и их эво- люцию при различной температуре осажде- ния нанокристаллических ионно-плазмен- ных конденсатов. УДК 548.73; 538.9; 548.4 СТРУКТУРА, СУБСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ КОНДЕНСАТОВ КВАЗИБИНАРНОЙ КАРБИДНОЙ СИСТЕМЫ WС-TiC. О.В. Соболь Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт” Украина Поступила в редакцию 18.06.2007 Методами широкоугловой рентгеновской дифрактометрии в сочетании с рентгенфлюоресцент- ным спектральным анализом изучено влияние состава распыляемого материала и температуры осаждения на фазовый и элементный составы, структуру, субструктурные характеристики и напряженное состояние ионно-плазменных конденсатов квазибинарной системы WC-TiC. ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2102 Образцы были получены ионным распы- лением (магнетронная схема), при распыле- нии горячепрессованных мишеней с различ- ным объемным содержанием входящих в них WC и TiC составляющих: 1-я мишень имела средний состав – 31 мол.%TiC – 69 мол.%WC, 2-я мишень – 21 мол.%TiC – 79 мол.%WC и 3-я мишень – 15 мол.% TiC – 85 мол.%WC. Для распыления использовалась планарная магнетронная схема ионного распыления. Распыление осуществлялось в среде инерт- ного газа Ar при давлении 2 – 3 мТорр. По- даваемое распыляющее напряжение состав- ляло 320 – 400В, что обеспечивало скорость конденсации ≈0,5нм/с. В качестве подложек использовались: алюминиевая и бериллиевая катанные фольги толщиной 15 мкм, подложка из шлифованного никеля толщиной 400 мкм и полированные подложки из монокристал- лического кремния и ситалла толщиной 380 и 350 мкм, соответственно. Исследование фазового состава, структу- ры, субструктурных характеристик (размер кристаллических областей когеррентного рассеяния – кристаллитов и величина микро- деформации) и напряженного состояния кон- денсатов осуществлялось методом широкоуг- ловой рентгеновской дифракции на рентге- новском дифрактометре ДРОН-3 в излучении Cu-Kα по стандартной методике [3, 5]. Для детальных рентгендифракционных исследо- ваний в качестве основных объектов исполь- зовались пленки на подложках из кремния и бериллия, а для отдельных сравнительных ис- следований – алюминиевая, никелевая и ситалловая подложки. Исследование элементного состава проводилось методом рентгенфлуоресцент- ного спектрального анализа на установке СПРУТ-2 (производства АО “Укррентген”, Украина). Возбуждающее излучение задава- лось рентгеновской трубкой с серебряным анодом. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Проведенный методом рентгеновской флуо- ресцентной спектроскопии анализ элемент- ного состава показал, что соотношение Ti/W металлических атомов в покрытиях при температуре конденсации, не превышающей 500 °С, остается практически неизменным и близким к составу мишени (рис. 1). При более высокой температуре конденсации отноше- ние более легких титановых атомов к более тяжелым вольфрамовым атомам в конденсате уменьшается. Характерной особенностью структурного состояния конденсатов, полученных как при относительно низкой (близкой к комнатной) температуре конденсации, так и при сравни- тельно большой температуре конденсации (до 750 °С) в широком интервале исследуе- мых составов (рис. 1), является формирова- ние однофазного твердого раствора (W, Ti)C [6] с нанокристаллической структурой [7]. Причем, при низкой температуре конден- сации 80 – 250 °С происходит формирование практически однотипного структурного сос- тояния на всех используемых в работе под- ложках (рис. 2). При более высокой температуре осажде- ния, начиная с 300 °С, на гладких шлифован- ных подложках из никеля и полированных подложках из ситалла и кремния наблюда- лось формирование преимущественно ориен- тированных кристаллитов с осью (100) пер- пендикулярной плоскости роста. При этом на шероховатой (с высотой неоднородности Rz ≈ 1 мкм) бериллиевой и алюминиевой под- ложках эффект преимущественной ориента- ции растущих кристаллитов не наблюдался. Рис. 1. Зависимость элементного состава от темпера- туры осаждения для ионно-плазменных конденсатов полученных распылением 3-х мишеней с разными составами (стрелками слева указано соотношение Ti/W металлических атомов в мишени). СТРУКТУРА, СУБСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ... ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2 103 Степень совершенства текстуры (100), оп- ределенная при ψ-сканировании [8], изме- нялась немонотонно. При температуре осаж- дения 600 – 700 °С наблюдается резкое умень- шение полуширины дифракционной линии при ψ-сканировании, что свидетельствует об уменьшении угловой разориентации кристал- литов относительно оси текстуры (100) (рис. 3). Причем интересной особенностью было то, что при увеличении толщины покрытия совершенство текстуры повышалось (на рис. 3 приведены данные для конденсатов толщиной ≈1 мкм и для сравнения результаты для конденсата толщиной 0,5 мкм). Кроме того следует отметить, что при Тконд более 830 °С (при распылении 3-й мишени) и более 900 °С (при распылении 2-й мишени) нару- шалась однофазность конденсируемого мате- риала, и пик, соответствующий (W, Ti)C – твердому раствору, распадался на два субпи- ка, соответствующих WC и TiC составляю- щим (рис. 4). В качестве характерных, на рис. 4 пред- ставлены отражения от плоскостей (331) и (420) твердого раствора до и после распада на WC и TiC составляющие. Конденсаты твердого раствора в этом случае были полу- чены при распылении мишени 2-го состава: 21 мол.% TiC – 79 мол.%WC. Изучение кинетики изменения фазового состава при изменении соотношения метал- лических атомов Ti/W в распыляемой мише- Рис. 2. Участки дифракционных спектров конден- сатов, полученных распылением мишени состава 15 мол.% TiC – 85 мол.%WC. Температура осаждения 80 °С, подложки: 1 – алюминиевая фольга; 2 – берил- лий; 3 – полированный монокристаллический крем- ний. Рис. 3. Изменение степени совершенства текстуры (100) в конденсатах толщиной 1 мкм осажденных на кремниевую подложку при распылении мишени тре- тьего состава. Рис. 4. Участки дифракционных спектров конденсата, полученных при распылении мишени 2-го состава и осажденные на кремниевую подложку при температу- ре конденсации 700° (1), 850° (2), и 950 °С (3). От- ражения от плоскости (331) сняты при ψ = 46,5, а от (420) при ψ = 26,5. О.В. СОБОЛЬ ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2104 ни и варьировании в пределах 80 – 900 °С температуры подложки при конденсации показало (рис. 5), что при относительно высо- кой концентрации атомов титана в распы- ляемой мишени 1-го состава однофазность конденсатов твердого раствора сохраняется до наивысшей из исследуемых температур осаждения 950 °С (рис. 5а). В тоже время, при распылении мишеней с меньшим содержа- нием титановых атомов (мишени 2 и 3) мак- симальная температура, при которой форми- ровался еще однофазный конденсат твердого раствора не превышала 750 °С (рис. 5б, в). При более высокой температуре 800 – 850 °С в конденсатах, полученных распылением мишени второго состава появляются дифрак- ционные линии W2C-фазы с ГПУ решеткой (рис. 5б) и линии α-W фазы. Еще более вы- ражено (что свидетельствует о большем их объемном содержании) образование кристал- литов W2C и α-W фаз при температуре осаж- дения 850 °С проявляется в конденсатах, по- лученных распылением мишени третьего состава с наименьшим удельным содержани- ем атомов Ti (рис. 5в, г). Видно, что в этом случае преимущественно происходит обра- зование кристаллитов α-W фазы, а также WC и TiC карбидов, как результат распада (W,Ti)C твердого раствора (рис. 5г). а) б) в) г) Рис. 5. Участки дифракционных спектров конденсатов, полученных распылением мишеней разных составов: а) –31 мол.% TiC – 69 мол.%WC (Тк = 250 °C (1), 560 °C (2), 850 °C (3), 900 °C (4), 950 °C (5)), б) – 21 мол.%TiC – 79 мол.%WC (Тк = 80 °C (1), 300 °C (2), 700 °C (3), 850 °C (4), 950 °C (5)), в) – 15 мол.%TiC – 85 мол.%WC (Тк = 80 °C (1), 700 °C (2), 750 °C (3), 850 °C (4)), г) – 15 мол.%TiC – 85 мол.%WC (Тк = 850 °C). СТРУКТУРА, СУБСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ... ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2 105 Таким образом, при малом содержании атомов титана, в процессе высокотемператур- ного осаждения происходит формирование кристаллитов трех основных фаз: монокар- бидов титана и вольфрама, а также α-W с ОЦК-решеткой. В равновесных условиях подобная реакция формирования низшего карбида вольфрама (W2C) и его распад на пра- ктически чистый α-W и монокарбид вольф- рама (WC) происходит при недостатке по углероду при температуре 1255 °С [9], что значительно выше используемой температу- ры подложки при конденсации. Известно, что формирование фаз с мень- шим содержанием углеродных атомов по сравнению с исходным монокарбидом осу- ществляется путем образования упорядочен- ной вакансионной подсистемы в углеродной подрешетке (100), а, соответственно, предва- рительного образовании в ней недостатка по углеродным атомам. Как видно из рис. 3, 5, такой процесс наиболее интенсивно про- текает в текстурированных конденсатах с осью (100), осажденных на гладкую поверх- ность, например из кремния, на которой достаточно высокой является подвижность осажденных атомов, а угол рассеяния при столкновении осаждаемых атомов с поверх- ностью, достаточно мал. Таким образом, пла- нарность осаждаемого покрытия и высокая подвижность углеродных атомов при конден- сации при температуре выше 700 °С приводит к их интенсивному реиспарению и уходу из области осаждения конденсата. Наиболее выражено этот процесс проходит в обогащен- ных атомами вольфрама областях, в которых обеднение по углероду проходит вплоть до образования кристаллитов, сильная металли- ческая связь в которых стимулирует формиро- вание, свойственной для чистого вольфрама кубической ОЦК решетки. Тот факт, что в результате распада твердых растворов (Ti, W)C с недостатком по углероду формируются кристаллиты монокарбида ти- тана, а помимо монокарбида вольфрама фор- мируются еще и низший по углероду карбид вольфрама и вольфрам – свидетельствует о большей прочности связей Ti-C в сравнении с W-C. Это предположение находится в хо- рошем согласии с диаграммой состояния сис- темы Ti-W-C: твердый раствор (Ti,W)C, не насыщенный по углероду, распадается на две фазы – W и (Ti,W)C, а не на два простых карбида [9]. Действительно, вследствие высокого вкла- да d(W-W)-металлической связи, связь W-C значительно слабее связи Ti-C (100), что и яв- ляется причиной преимущественного обез- углероживания и формирования обогащен- ных вольфрамовыми атомами областей. В этом случае в соответствии с реакцией: WC + O 2 → W + CO 2 выигрыш свободной энергии составляет ∆H 900K = –435 кДж/моль [11]. Образующийся в результате этой реа- кции легколетучий CO 2 удаляется из области конденсации при непрерывной вакуумной откачке. В качестве основных причин приводящих к формированию низших карбидов и распаду (W, Ti)C-твердого раствора на WC и TiC сос- тавляющие помимо высокой подвижности атомов, стимулированной наличием ваканси- онной подсистемы в металлической и неме- таллической подрешетках, может выступать и развитие конденсационных напряжений [12]. Определенный методом многократных на- клонных съемок при температуре конденса- ции 80 °С и хорошей адгезии к кремниевой подложке макродеформация конденсата ока- залась достаточно высокой сжимающей (оп- ределенная из “a” – “sin2ψ” – графика вели- чина сжимающей деформации ε ≈ –1,6%, что близко к величине критической для ионно- плазменных конденсатов карбидов [13]). Наличие достаточно совершенной тексту- ры (∆ψ < 15° (рис. 3)) при температуре кон- денсации превышающей 600 °С, приводит к необходимости определения напряженно- деформированного состояния съемки отраже- ний (331), (420), (422), (511) и (333) под соответствующими кристаллографичес- кими углами 46,5; 26,5; 35,3; 15,7 и 54,7° по отношению нормали к плоскости (100) [5]. Учитывая, что в ГЦК решетке к смещению линий может приводить не только макроде- формация и ориентированная микродефор- мация, но и образование дефектов упаковки, О.В. СОБОЛЬ ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2106 характерное, например, для конденсатов кар- бида вольфрама осажденных при высокой температуре [14], для построения “a”–“sin2ψ” – графика использовались не смещающиеся под действием дефектов упаковки отражения от плоскостей (333) и (422) или слабо смеща- ющиеся – отражения от плоскости (511). Результирующие значения величины мак- родеформации для разных составов и темпе- ратуры конденсации приведены на рис. 6. Видно, что при низкой температуре осаж- дении и относительно высоком содержании TiC составляющей в конденсатах развивается и остается не релаксированной высокая мак- родеформация. В тоже время, при высокой температуре конденсации, а также при малом содержании TiC величина макродеформации относительно низка и не превышает – 0,3%. При этом нелинейный характер зависимости в температурном интервале 750 – 900 °С обу- словлен протеканием в этом температурном интервале процесса формирования полифаз- ного материала (рис. 5б, в, г). В конденсатах (W, Ti)C твердого раствора, осажденных на полированные никелевые подложки с высоким коэффициентом терми- ческого расширения (αNi ≈17,1⋅10–6 град–1) большая по величине конденсационная де- формация сжатия (–1,05 ÷ –1,4%) сохраня- лась в покрытии даже при высокой темпера- туре осаждения 850 – 900 °С (при распылении мишеней 1-го и 2-го составов). Известно, что основными факторами ока- зывающими влияние на конечное структур- ное состояние ионно-плазменного конден- сата являются: разница коэффициентов тер- мического расширения конденсата λк и под- ложки λп (∆λ = (λк – λп) ) и конденсационная “atomic peening” – деформация, образуемая в результате бомбардировки растущего покры- тия осаждаемыми частицами [15]. Считая, что величина “atomic peening” – деформации при больших толщинах конденсата слабо за- висит от типа подложки, наблюдаемое в экс- перименте отличие деформированного сос- тояния конденсатов, нанесенных на Si и Ni подложки, можно объяснить различием ∆λ. Оценки показывают, что в этом случае, полу- ченные значения макродеформации могут иметь место при λSi << λк ≈ λNi. Следует отметить, что величина макро- деформации сжатия в конденсатах осажден- ных на шероховатые алюминиевую и берил- лиевую подложки была меньшей и не превы- шала – 0,25%. Использование двух порядков отражения от плоскостей для расчета субструктурных характеристик позволило определить не толь- ко влияние температуры конденсации на ди- намику изменения среднего размера кристал- литов, но и на развитие в них микродефор- мированного состояния. На рис. 7 приведены результирующие за- висимости для конденсатов, полученных рас- пылением мишеней трех разных составов. Следует отметить, что полученные для на- нокристаллитов (W, Ti)C-твердого раствора субструктурные характеристики для конден- сатов на бериллиевой подложке во всем тем- пературном интервале соответствуют одно- фазным образцам (W, Ti)C-твердого раствора, в то время как при относительно низком со- держании атомов Ti и температуре осаждения 850 °С на кремниевой подложке наблюдался распад твердого раствора и формирование по- мимо кристаллитов (W, Ti)C твердого рас- твора (или WC и TiC составляющих при рас- паде твердого раствора) кристаллитов низ- шей карбидной фазы на основе вольфрама (W2C) или кристаллитов с ОЦК-решеткой присущей α-W фазе (рис. 5). Рис. 6. Зависимость величины макродеформации от температуры осаждения на кремниевую подложку для конденсатов, полученных распылением мишеней раз- ных составов: 1 – 31 мол.% TiC – 69 мол.%WC, 2 – 21 мол.%TiC – 79 мол.%WC и 3 – 15 мол.% TiC – 85 мол.%WC. СТРУКТУРА, СУБСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ... ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2 107 Как видно из рис. 7, при относительно низких температурах осаждения, при кото- рых конденсаты однофазны, прослеживается характерное изменение субструктурных ха- рактеристик: размер областей когерентного рассеяния увеличивается с повышением тем- пературы, а величина микродеформации уменьшается. Однако в интервале температур 700 – 900 °С, для которого характерны про- цессы образования предвыделений или выделения вторых фаз, наблюдается обрат- ный ход зависимостей. В этой области вна- чале происходит увеличение микродефор- мации в кристаллитах твердого раствора, а средний размер самих кристаллитов умень- шается. Причем при высокой концентрации атомов титана, характерной для первой се- рии, а также при конденсации на берилли- вую шероховатую подложку, на которой процесс текстурообразования не проявля- ется вплоть до температуры 850 °С, увели- чение размера кристаллитов наблюдается вплоть до самой высокой температуры конденсации, а микродеформация в крис- таллитах в температурном интервале 700 – 850 °С либо продолжает монотонно уме- ньшается, либо не сильно увеличивается (рис. 7). С образованием многофазного материала покрытия на кремниевой подложке при высо- кой температуре осаждения 850 °С можно связать и наблюдаемые для этой температуры особенности субструктурных характеристик (W, Ti)C-твердого раствора или β-WC со- ставляющей, заключающиеся в уменьшении среднего размера нанокристаллитов и повы- шении величины микродеформации. Для со- става с наименьшим содержанием титановых атомов, полученного при распылении 3-й ми- шени, второй основной из фаз многофазного покрытия, помимо (W, Ti)C-твердого раство- ра, являлась α-W фаза (рис. 5в, г). При этом в формируемых кристаллитах α-W фазы наблюдалась сравнительно низкая величина микродеформации (0,08%), а средний раз- мер α-W кристаллитов был меньшим, по а) б) в) Рис. 7. Влияние температуры подложки при конден- сации на субструктурные характеристики нанокрис- таллических конденсатов системы WC-TiC получен- ных распылением мишеней составов: а) – 31мол.%TiC – 69 мол.%WC (на подложке из кремния); б) – 21 мол.%TiC – 79 мол.%WC (на подложке из кремния 1, 2 и бериллия 3, 4); в) – 15 мол.%TiC – 85 мол.%WC (на подложке из кремния 1, 2 и бериллия 3, 4). О.В. СОБОЛЬ ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2108 сравнению с кристаллитами (W,Ti)C твердо- го раствора и составлял в среднем 6 нм. Так- же надо отметить, что характерной особен- ностью изменения субструктурных характе- ристик при увеличении толщины (а, соот- ветственно, и времени конденсации) образ- цов было увеличение среднего размера (W, Ti)C кристаллитов и понижение развиваю- щейся в них микродеформации (см., на- пример, рис. 7б). Как следует из анализа структурного сос- тояния конденсатов и его субструктурных характеристик, преимущественная ориента- ция кристаллитов в карбидных фазах после распада твердого раствора сохраняется, а кристаллиты металлической фазы α-W, образующиеся при уходе углерода являются неориентированными. Поэтому, при съемке с фокусировкой по Бреггу-Брентано, мы по- лучаем спектр дифракционных линий, при- веденный на рис. 5г. В этой связи можно предположить, что диффузия углеродных атомов при высокотемпературном формиро- вании кристаллитов приводит к усилению металлической связи и носит разориенти- рующий характер для формируемых крис- таллитов α-W-фазы. ВЫВОДЫ Таким образом, в конденсатах, полученных ионным распылением мишени квазибинар- ного состава WC-TiC, в достаточно большом концентрационном интервале происходит формирование однофазного (W,Ti)C твердого раствора с кубической решеткой, присущей TiC фазе. При относительно низкой темпе- ратуре конденсации (менее 300 °С) вне зави- симости от типа и шероховатости исполь- зуемых для осаждения подложек заметного отличия в формируемой структуре не наблю- дается. Отличие, связанное с появлением пре- имущественной ориентации растущих кри- сталлитов с осью текстуры (100) проявляет- ся при осаждении на гладкую полированную подложку кремния (и аналогично ситалла и никеля) при температуре конденсации более 300 °С. При температуре конденсации превышаю- щей 850 °С и соотношении атомов в распы- ляемой мишени Ti/W ≤ 0,25, развитие текс- туры (100) сопровождается формированием вместо однофазного (W, Ti)C-твердого рас- твора, полифазного конденсата, в котором, наряду с кристаллитами твердого раствора, выявляются кристаллиты фаз: β-WC (с ку- бической решеткой типа NaCl), TiC (с куби- ческой решеткой типа NaCl), α-W с объем- но-центрированной кубической решеткой, а также следы W2C-фазы с гексагональной решеткой. Использование с целью исследования макродеформированного состояния способа многократных наклонных съемок позволило установить, характерную для конденсатов закономерность: стабильное до высоких тем- ператур состояние (W, Ti)C твердого раствора наблюдается в конденсатах, подверженных действию высокой деформации сжатия. Этому состоянию отвечают конденсаты, по- лученные при низкой температуре осажде- ния (300 °С и менее) на всех типах подложек, а также конденсаты, нанесенные при высокой температуре на гладкие подложки с высоким КТР. Автор выражает благодарность к.ф.-м.н, ведущему научному сотруднику Стецен- ко А.Н. за получение образцов ионно-плаз- менных конденсатов. ЛИТЕРАТУРА 1. Mayrhofer P.H., Mitterer C., Hultman L., Clemens H.//Progress in Materials Science. – 2006. – Vol. 51. – P. 1032. 2. Sobol‘ O.V., Grigorjev O.N., Kunitsky Yu.A., Dub S.N., Podtelezhnikov A.A., Stetsenko A.N. //Science of Sintering. – 2006. – Vol. 38. – P. 63. 3. Sobol‘ O.V.// Functional Materials. – 2006. – Vol. 13(4). – P. 577. 4. Sobol‘O.V.//Phisics of the Solid State. – 2007. – Vol. 49(6). – P. 1161. 5. Sobol‘ O.V., Sobol‘ E.A., Podteleznikov A.A.// Functional materials. – 1999. Vol. 6(5). – P. 868. 6. Koutzaki S.H., Krzanowski J.E., Nainaparam- pil J.J.//Metallurgical and Materials Transacti- ons A. – 2002. – Vol. 33(6). – P. 1579. 7. Соболь О.В. Об общности структуры ионно- плазменных конденсатов фаз внедрения со слоистой упаковкой атомов//Оборудование и технологии термической обработки металлов СТРУКТУРА, СУБСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ... ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2 109 и сплавов. ОТТОМ-5. Ч. 2. Харьков: ННЦ ХФТИ, ИПЦ “Контраст”. – 2004. – С. 241-246. 8. Sobol‘O.V.//Nanosystems, Nanomaterials, Na- notechnologies. – 2006. – Vol. 4, № 3. – P. 707. 9. Горбачева T.Б. Рентгенография твердых спла- вов. – М.: Металлургия, 1985. – 103 с. 10. Самсонов Г.В., Упадхая Г.Ш., Нешпор В.С. Физическое материаловедение карбидов.– К.: Наукова думка, 1974. – 456 с 11. Koзьма A.A., Соболь O.В., Соболь E.A.// Вестник ХГУ, Серия “Физика”. – 1999. – Вып. 440(3). – С. 149. 12. Shpak A.P., Sobol’O.V., Cheremskoy P.G., Kunytsky Yu.A., Stetsenko A.N.//Nanosystems, СТРУКТУРА, СУБСТРУКТУРНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА НАПРУЖЕНИЙ СТАН НАНОКРИСТАЛІЧНИХ ІОНО-ПЛАЗМОВИХ КОНДЕНСАТІВ КВАЗІБІНАРНОЇ КАРБІДНОЇ СИСТЕМИ WС-TiC О.В. Соболь Методами ширококутової рентгенівської диф- рактометрії та рентгенофлюоресцентного спект- рального аналізу вивчено вплив складу матеріалу, що розпорошується, та температури осадження на фазовий та елементний склад, структуру, суб- структурні характеристики та напружений стан іонно-плазмових покриттів квазібінарної системи WC-TiC. STRUCTURE, SUBSTRUCTURE FEATURES, AND STRESS STATE IN QUASI-BINARY CARBIDE WС-TiC ION-PLASMA NANOCRYSTALLINE CONDENSATES O.V. Sobol’ Using X-ray diffraction and X-ray fluorescent spec- tral methods the effects of sputtered material and deposition temperature on the phase and element composition, structure, substructure features, and stress state in the ion-plasma quasi-binary WC-TiC coatings. Nanomaterials, Nanotechnologies. – 2006. – Vol. 4, № 2. – P. 412. 13. Соболь О.В. Закономерности формирования структуры ионно-плазменных конденсатов в кластерном и нанокристаллическом состоя- ниях//Оборудование и технологии термичес- кой обработки металлов и сплавов. ОТТОМ- 7, Харьков: ННЦ ХФТИ, ИПЦ “Контраст”. – 2006. – Т. 3. – С. 72-80. 14. Sobol‘ O.V., Sobol‘ E.A., Gladkikh L.I., Glad- kikh A.N.//Functional Materials.– 2002. –Vol. 9 (3). – P. 486. 15. Sobol‘ O. V.//Fizika Metallov i Metallovedenie.– 2001. – Vol. 91(1). – P. 63. О.В. СОБОЛЬ
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98820
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1999-8074
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:42:06Z
publishDate	2007
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
record_format	dspace
spelling	Соболь, О.В. 2016-04-17T22:03:59Z 2016-04-17T22:03:59Z 2007 Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC / О.В. Соболь // Физическая инженерия поверхности. — 2007. — Т. 5, № 1-2. — С. 101–109. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98820 548.73; 538.9; 548.4 Методами широкоугловой рентгеновской дифрактометрии в сочетании с рентгенфлюоресцентным спектральным анализом изучено влияние состава распыляемого материала и температуры осаждения на фазовый и элементный составы, структуру, субструктурные характеристики и напряженное состояние ионно-плазменных конденсатов квазибинарной системы WC-TiC. Методами ширококутової рентгенівської дифрактометрії та рентгенофлюоресцентного спектрального аналізу вивчено вплив складу матеріалу, що розпорошується, та температури осадження на фазовий та елементний склад, структуру, субструктурні характеристики та напружений стан іонно-плазмових покриттів квазібінарної системи WC-TiC. Using X-ray diffraction and X-ray fluorescent spectral methods the effects of sputtered material and deposition temperature on the phase and element composition, structure, substructure features, and stress state in the ion-plasma quasi-binary WC-TiC coatings. Автор выражает благодарность к.ф.-м.н, ведущему научному сотруднику Стеценко А.Н. за получение образцов ионно-плазменных конденсатов. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC Структура, субструктурні характеристики та напружений стан нанокристалічних іоно-плазмових конденсатів квазібінарної карбідної системи WC-TiC Structure, substructure features, and stress state in quasi-binary carbide WC-TiC ion-plasma nanocrystalline condensates Article published earlier
spellingShingle	Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC Соболь, О.В.
title	Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC
title_alt	Структура, субструктурні характеристики та напружений стан нанокристалічних іоно-плазмових конденсатів квазібінарної карбідної системи WC-TiC Structure, substructure features, and stress state in quasi-binary carbide WC-TiC ion-plasma nanocrystalline condensates
title_full	Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC
title_fullStr	Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC
title_full_unstemmed	Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC
title_short	Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC
title_sort	структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы wc-tic
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98820
work_keys_str_mv	AT sobolʹov strukturasubstrukturnyeharakteristikiinaprâžennoesostoânienanokristalličeskihionnoplazmennyhkondensatovkvazibinarnoikarbidnoisistemywctic AT sobolʹov strukturasubstrukturníharakteristikitanapruženiistannanokristalíčnihíonoplazmovihkondensatívkvazíbínarnoíkarbídnoísistemiwctic AT sobolʹov structuresubstructurefeaturesandstressstateinquasibinarycarbidewcticionplasmananocrystallinecondensates

Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TiC

Репозитарії

Схожі ресурси