Исследование структуры покрытия и морфологии контактирующей поверхности магнитоуправляемых контактов методом атомно-силовой микроскопии

• Автор: Гололобов, Геннадий Петрович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Нанесение и исследование тонких контактных гальванопокрытий

герконов.

1.1.1. Назначение и роль контактного гальванопокрытия.

1.1.2 Технологические особенности нанесения

гальванопокрытия герконов и его контактные свойства

1.1.3. Информативные параметры оценки качества поверхности

гальванопокрытия.

1.2. Обоснование выбора метода исследования

1.3. Атомносиловая микроскопия, физикотехнические основы и
основные методики
1.3.1. Силовое взаимодействие зонда и образца в АСМ.
1.3.2. Основные элементы, общий принцип работы АСМ и взаимодействия основных элементов.
1.3.3. Основные методы атомносиловой микроскопии.
Постановка задачи.
1 Глава 2. МЕТОДЫ, УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И
ПОДГОТОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ
2.1. Конструкция, возможности и особенности сканирующего
зондового микроскопа Смена.
2.2. Возможности программы управления и обработки изображения
2.3. Система феноменологических характеристик поверхности
2.4. Тестирование АСМ на образцах с известной геометрией.
2.5. Технология получения исследуемых гальванических покрытий .
2.6. Методика исследования образцов
2.7. Определение толщины
2.8. Оценка пористости гальванопокрытий по потенциалу
коррозии в
2.9. Исследование элементного состава контактных покрытий герконов
методом электронной ожеспектроскопии.
Выводы к главе 2
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ
ОСОБЕННОСТЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЫ В ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ I ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ.
3.1. Морфология поверхности после механического изготовления контактных площадок штамповки
3.2. Исследование микрорельефа поверхности основы при анодном
растворении электрохимической полировке
Выводы к главе 3.
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ НАНЕСЕНИЯ ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ МАЛЫХ ТОЛЩИН В ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТИРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МК.
4.1. Структура контактного гальванопокрытия технологические аспекты.
4.2. Эволюция формы и пространственного распределения островков
по подложке в процессе электрохимической кристаллизации
4.3. Ростовые закономерности формирования подслоя золота на поздних стадиях кристаллизации.
4.3.1. Режим стационарного электролиза.
4.3.2. Режим импульсного электролиза.
4.3.3. Роль микрорельефа поверхности подложки при
электрохимическом осаждении подслоя золота.
4.4. Морфология контактирующей поверхности на заключительной технологической стадии формирования контактного покрытия
4.5. Влияние условий осаждения на состояние поверхности гальванопокрытия
4.6. Исследование влияния состояния контактирующей поверхности
на параметры герконов.
Выводы к главе 41.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Во введении дается общая характеристика диссертационной работы: обоснована актуальность темы, сформулированы цели работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Представлены сведения о реализации результатов работы. Перечислены основные положения, выносимые на защиту, приведены данные об апробации результатов, объеме и структуре работы. Первая глава представляет собой обзор литературы по исследуемой тематике. Обсуждаются результаты теоретических и экспериментальных исследований по электроосаждению тонких контактных гальванопокрытий в промышленных условиях. Представлено обоснование выбора метода исследования. Рассмотрены физико-технические основы атомно-силовой микроскопии, кратко описаны функциональная схема, принцип работы АСМ. Рассматриваются условия снижения шероховатости и пористости покрытия. Во второй главе приводится описание конструкции и возможностей программы управления и обработки изображений АСМ “Смена-В”. Дан анализ ряда морфологических характеристик, отражающих наиболее общие свойства связанные с состоянием микрорельефа поверхности (максимальный перепад высот, шероховатость, среднее значение высоты, ассиметрия и др. Рассмотрены конструктивные особенности ультраминиатюрного геркона. Описаны условия получения исследуемых гальванопокрытий и методики определения их толщины, пористости и шероховатости. Использование АСМ позволило провести более точное измерение толщины в сравнении с традиционными методами. Установленные значения толщин следующие: подслой золота ~ 0 0 нм; слой рутения ~ 0 0 нм. НС1 и определения элементного состава контактирующих поверхностей с использованием электронной оже-спектроскопии. Третья глава посвящена АСМ-исследованиям структуры поверхности железоникелевой подложки после штамповки и электрохимической полировки. Обсуждаются причины ограничения степени сглаживания поверхности и локализации процесса растворения поликристаллической подложки при электрополировке. Результаты сравнения морфологии поверхности подложек из сплавов пермаллой и пернифер после одинаковых условий растворения выявляют большую однородность последнего. В четвертой главе рассмотрено функциональное назначение структуры контактного покрытия. Представлены результаты исследования ростовых закономерностей подслоя золота на ранних и поздних стадиях при электрохимической кристаллизации на железоникелевую подложку, а также особенностей осаждения рутения на золотой подслой. Изучено влияние толщины слоя, режимов осаждения и микрорельефа подложки на структуру гальванопокрытия и морфологию поверхности пленки. Определена степень влияния пористости и шероховатости поверхности контакт-детали геркона на эксплуатационно-технические характеристики геркона. В заключении сформулированы основные результаты диссертации и приведен список опубликованных работ. ГЛАВА 1. Назначение и роль контактного гальванопокрытия. Роль гальванопокрытия состоит в том, чтобы обеспечить низкое и стабильное переходное сопротивление и требуемую наработку в режимах коммутации, соответствующих каждому типу магнитоуправляемого контакта (МК). Выбранные для МК контактные материалы по своим физикомеханическим свойствам должны гарантировать необходимые электрические параметры и эрозионную стойкость покрытия. Жестким требованиям химической стойкости в сочетании с необходимыми физическими свойствами наилучшим образом удовлетворяют благородные металлы и их сплавы, поэтому они нашли широкое применение в герконной технике. Работоспособность, надежность и эксплуатационный ресурс герконов в значительной степени зависят от качества контактного покрытия. Незамыкание, залипание и увеличение переходного сопротивления являются основными причинами отказа этих приборов. Причиной повышения контактного сопротивления является возникновение на контактирующей поверхности плохопроводящих пленок, в основном это окислы металла подложки (железа), образующиеся на поверхности в результате термовоздействия и присутствия кислорода (заварка и отжиг). Одной из причин выхода железа на контактную поверхность из подложки является пористость покрытия. В некоторой степени пористость ответственна за коррозию гальванопокрытия [1].