Разработка многослойных пленок на основе чередующихся по составу и строению слоев нитридов титана и алюминия с градиентом функциональных свойств

• Автор: Сошина, Татьяна Олеговна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ Ti-Al-N.
1.1 Низкотемпературные ионно-плазменные методы получения пленок Ti-Al-N
1.2 Оборудование для получения пленок Ti-Al-N низкотемпературными ионно-плазменными методами
1.3 Основные закономерности изменения микроструктуры пленок Ti-Al-N в зависимости от концентрации алюминия и технологических условий осаждения
1.4 Фазовые превращения, протекающие в пленках Ti-Al-N под влиянием технологических условий осаждения
1.5 Изменение элементного состава пленок Ti-Al-N под влиянием технологических условий осаждения
1.6 Изменение параметров структуры пленки Ti-Al-N под влиянием технологических условий осаждения
1.7 Изменение физико-механических свойств пленок Ti-Al-N под влиянием технологических условий осаждения, строения и состава
1.8 Изменение трибологических свойств пленок Ti-Al-N под влиянием технологических условий осаждения, их строения и состава
1.9 Изменение адгезионной прочности пленок Ti-Al-N под влиянием технологических условий осаждения
1.10 Основные проблемы получения пленок Ti-Al-N в низкотемпературных условиях
1.11 Выводы
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы исследования
2.1.1 Материалы образцов и их подготовка
2.1.2 Материалы подслоев пленок Ti-Al-N
2.2 Оборудование и технология осаждения пленок Ti-Al-N
2.2.1 Оборудование для осаждения пленок Ti-Al-N
2.2.2 Технологический процесс осаждения пленок Ti-Al-N
2.3 Методы исследования состава и структуры пленок Ti-Al-N
2.3.1 Метод исследования фазового состава и структуры пленок Ti-Al-N..
2.3.2 Метод исследования элементного состава пленок Ti-Al-N
2.3.3 Метод исследования микроструктуры, морфологии поверхности
и толщины пленок Ti-Al-N
2.3.4 Метод исследования топографии поверхности пленок Ti-Al-N
2.4 Метод оценки напряженного состояния пленок Ti-Al-N
2.5 Метод определения адгезионной прочности пленок Ti-Al-N
2.6 Метод определения физико-механических свойств пленок Ti-Al-N
2.7 Метод определения трибологических свойств пленок Ti-Al-N
2.8 Метод определения коррозионных свойств пленок Ti-Al-N
3 ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОЕИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ ПЛЕНОК Ti-Al-N НА ИХ СОСТАВ, СТРОЕНИЕ,
СТРУКТУРНОЕ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
3.1 Фазовый состав и параметры структуры пленок Ti-Al-N
в зависимости от технологических параметров процесса осаждения
3.1.1 Фазовый состав и параметры структуры пленок Ti-Al-N
в зависимости от давления газовой смеси
3.1.2 Фазовый состав и параметры структуры пленок Ti-Al-N
в зависимости от напряжения смещения на подложке
3.1.3 Фазовый состав и параметры структуры пленок Ti-Al-N
в зависимости от содержании азота в газовой смеси
3.1.4 Фазовый состав и параметры структуры пленок Ti-Al-N
в зависимости от мощности магнетронной системы
3.1.5 Фазовый состав и параметры структуры пленок Ti-Al-N
в зависимости от величины разрядного тока на алюминиевой мишени
3.2 Морфология, топография поверхности и микроструктура пленок Ti-Al-N
в зависимости от технологических параметров процесса осаждения
3.2.1 Морфология, топография поверхности и микроструктура пленок Ti-Al-N в зависимости от давления газовой смеси
3.2.2 Морфология, топография поверхности и микроструктура пленок Ti-Al-N в зависимости от напряжения смещения на подложке
3.2.3 Морфология, топография поверхности и микроструктура пленок Ti-Al-N в зависимости от содержания азота в газовой смеси
3.2.4 Морфология, топография поверхности и микроструктура пленок Ti-Al-N в зависимости от мощности магнетронной системы
3.2.5 Морфология, топография поверхности и микроструктура пленок Ti-Al-N в зависимости от величины разрядного тока на алюминиевой мишени
3.3 Элементный состав пленок Ti-Al-N в зависимости от технологических параметров процесса осаждения
3.4 Фазовый состав и структура пленок AINи TiN
3.5 Выводы
4 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА, СТРОЕНИЯ, СТРУКТУРЫ И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ, ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ПЛЕНОК Ti-Al-N НА ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
4.1 Изучение зависимостей физико-механических свойств пленок Ti-Al-N
от их состава, строения, структурного и напряженного состояния
4.1.1 Изучение зависимостей физико-механических свойств пленок Ti-Al-N от их фазового состава
4.1.2 Изучение зависимостей физико-механических свойств пленок Ti-Al-N от их элементного состава
4.1.3 Изучение зависимостей физико-механических свойств пленок Ti-Al-N от их строения и структурного состояния
4.1.4 Изучение зависимостей физико-механических свойств пленок Ti-Al-N от их напряженного состояния
4.1.5 Изучение зависимостей физико-механических свойств пленок Ti-Al-N от их толщины
4.1.6 Физико-механические свойства пленок A IN и TiN
4.2 Адгезионная прочность пленок Ti-Al-N
4.3 Трибологические свойства материала подложки и пленок Ti-Al-N
4.3.1 Трибологические свойства материала подложки
4.3.2 Трибологические свойства пленок Ti-Al-N в зависимости
от их фазового состава

1.7 Изменение физико-механических свойств пленок Гг-ИУ-ТУ под влиянием технологических условий осаждения, строения и состава
Физико-механические свойства пленок Л-А1-И определяются микротвердостью (//,,), модулем упругости (Е), коэффициентом упругого восстановления (Же), стойкостью к упруг ой (И/Е) и пластической деформациям (Нъ/Е2) [28,91,98, 111].
Большинство пленок Л-А1-И с высокими значениями микротвердости (более 34 ГПа) получены методами ЭДИ, МР ПТ и МР ВЧ при давлении азота от 0,08 Па до 0,3 Па [42, 72, 73, 89, 96] (рисунок 1.10 а). Снижение значений микротвердости и увеличение модуля упругости наблюдается у пленок при значениях давления азота более 0,4 Па [96].
Высокие значения микротвердости (36...46 ГПа) установлены у пленок 77-Л/-.¥ при температуре осаждения 473 К (0,09ТПЛ.п-лш) в процессе МР ПТ и при температуре осаждения 573 К (0,14Тпл.гм/-л') [89] в процессе ЭДИ [17]. Модуль упругости пленки увеличивается с ростом температуры осаждения и достигает максимальных значений при 673 К. Повышение температуры осаждения выше 673 К сопровождается падением микротвердости за счет релаксации остаточных напряжений (оост) и увеличения ОКР (рисунок 1.10 б) [97, 106].
Максимальные значения микротвердости и модуля упругости соответсвуют пленкам Л-А1-Ы с преимущественным направлением кристаллографической ориентации зерен (111) и максимальной Т(]11) (методы ЭДИ, МР ПТ и ИМР) (рисунок 1.11 а). При изменении направления преимущественной
кристаллографической ориентации зерен с (111) на (200) физико-механические свойства пленок Т1-А1-Иснижаются [76, 50, 48].
В ряде работ [96] авторы связывают рост микротвердости пленок Т1-А1-Е! с возникновением в них смеси зерен одной фазы НИ с различной кристаллографической ориентацией: (111), (200) и (220). При осаждении многофазной пленки Т(-А1-И корреляционная связь микротвердости, модуля упругости и кристаллографической ориентации зерен пленки в направлении (111) сохраняется [41].