Влияние радиационных дефектов на процесс формирования углеродного алмазоподобного покрытия

• Автор: Колпаков, Александр Яковлевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 137 с. : ил

Глава 1. Основные методы формирования углеродных алмазоподобных покрытий, свойства получаемых конденсатов
1.1. Свойства углеродных алмазоподобных покрытий, получаемых конденсацией углерода в условиях ионной бомбардировки
1.2. Дефекты в кристаллах, физические модели ионно-индуцированного уплотнения покрытий
Выводы к главе
Глава 2. Радиационно-диффузионная модель уплотнения углеродного конденсата ионами, учитывающая эволюцию радиационных дефектов в термически активируемых диффузионных процессах
2.1. Моделирование атомных столкновений и уплотнения углеродного конденсата, вызванных ионной бомбардировкой
2.2. Эволюция радиационных точечных дефектов в углеродном конденсате
Выводы к главе
Глава 3. Аналитические зависимости свойств углеродных конденсатов от условий формирования
3.1. Зависимость плотности углеродных конденсатов и внутренних напряжений в них от энерии ионов и степени ионизации потока углерода
3.2. Влияние температуры подложки на плотность углеродных покрытий и внутренние напряжения в них
Выводы к главе

75.

Глава 4. Импульсный метод формирования углеродных
алмазоподобных покрытий, учитывающий роль радиационных дефектов в формировании конденсата с заданными свойствами
4.1. Анализ существующих методов формирования углеродных 87 алмазоподобных покрытий
4.2. Определение основных параметров процесса, обеспечивающих
формирование алмазоподобного покрытия.
Выводы к главе 4
Глава 5. Результаты экспериментальных исследований
5.1. Методики исследования свойств углеродных конденсатов
5.2. Экспериментальная установка
5.3. Импульсный источник углеродной плазмы
5.4. Зависимости плотности, модуля Юнга, микротвердости 107 углеродных покрытий и внутренних напряжений в них от энергии ионов углерода и температуры подложки
Выводы к главе 5
Заключение
Использованная литература
Приложение

Актуальность темы. Ионно-плазменные методы обработки поверхности и технология нанесения покрытий в вакууме с использованием низкотемпературной плазмы открывает новые возможности для модификации поверхности различных изделий с целью улучшения их служебных характеристик (микротвердости, снижения коэффициента трения, повышение термостойкости и т.п.). Наиболее важным преимуществом во всех этих методах является относительно невысокая температура обработки, не превышающая температуру разупрочнения материала обрабатываемого изделия. Логическим продолжением научных разработок в этом направлении явилось создание вакуумно-дугового метода нанесения углеродных алмазоподобных покрытий, реализуемого при температурах изделий, близких к комнатной. Эти покрытия, названные «алмазоподобными», по совокупности физико-механических свойств, во многом соответствуют свойствам природного алмаза. Плотность алмазоподобных углеродных покрытий можно считать одним из наиболее важных свойств этих покрытий. Экспериментальные исследования показали, что наибольшая плотность, твердость и модуль Юнга соответствуют углеродным пленкам, полученным в условиях ионной бомбардировки конденсата в процессе его формирования. Вместе с тем твердым углеродным покрытиям соответствуют аномально высокие значения внутренних напряжений сжатия, механизм возникновения которых связывают с радиационными дефектами, возникающими при ионном облучении конденсата.
Импульсный вакуумно-дуговой метод нанесения углеродных алмазоподобных покрытий имеет ряд преимуществ, основными из которых являются возможность дозировки энергетической и тепловой нагрузки в процессе нанесения покрытий. Вместе с тем, учитывая то обстоятельство, что при конденсации углерода на холодную подложку формируется квазиаморфное покрытие, проблема его структурной идентификации представляет

|с, = |-9. -апСД + 0,(1 -Ж,)-го,Су,
■д1 (1.2.12.,1.2.13.)
|с = ^ + ед1-2с;ь2с,,с,
.0/ дх
где <у,: = -Ц, — и с}! = -Ц — - потоки вакансий и междоузельных атомов;
йх: йх
Д = Д„ехр(-Ею/кТ3) и Д. = Д, ехр(-Етш1 //сГ) - коэффициенты диффузии точечных дефектов; Д„ и Д,- предэкспоненциальные множители в коэффициентах
4 ттЮ
диффузии; Д„и Д,- энергии миграции вакансий и СМА; = -^-(Д + Д)
константа рекомбинации; Д - радиус рекомбинации; О - атомный объем; 2 -коэффициент, учитывающий аннигиляцию дефектов в радиационных каскадах (2>0); О Ох) и Д(х) - скорости создания дефектов и введения имплантированных ионов в пленку, определяемые соотношениями:
<Л Д) = (х) = Jшr,0.[Sv(x) + gv С*)], (1.2.14)
ДД) = ДиО^(х) = Д„а[^(х)н-я((х)] (1.2.15)
где #*(х) - профиль распределения вакансий, образовавшихся в результате процесса распыления атомов пленки; g'v{x), g■(x)- профили распределения радиационных дефектов (пар Френкеля); gШp(x)- профиль залегания имплантированных ионов. Указанные выше профили не учитывают
внутрикаскадной аннигиляции и нормированы следующим образом:

¥(10,в) = %1(х)с1х (1.2.16)

Д (Е„в) = (х)с!(х) = ]д(х)Дх), (1.2.17)
где ] = />
1-ДД0) = ]&тр(х)<& (1.2.18)
Здесь У(Д0) - коэффициент распыления атомов пленки бомбардирующими ионами; Д(Д0)- общее число радиационных дефектов у- типа, созданного