 |
Реактивное катодное распыление
|
|
|
|
В отличие от физического распыления реактивное катодное распыление происходит в тлеющем разряде смеси инертного и активного газов. Частицы распыленного катода химически взаимодействуют с активным газом или образуют с ним твердые соединение, и новое вещество попадает в основу. Чтобы процесс образования вещества пленки, которая наносится, не проходил на катоде, что очень усложняет горения разряда, применяют смеси аргона с содержанием активных газов не более 10%. Для получения пленок оксидов распыления проводят в плазме аргон-кислород, нитрид - в плазме аргон-азот, карбидов в плазме аргон-угарный газ или аргон-метан. При вводе в камеру различных активных газов, получают пленки различных соединений, которые практически невозможно получить термовакуумным напылением.
Реактивное катодное распыление позволяет не только получить различные по составу пленки, но и управлять их свойствами, например удельное сопротивление резистивных пленок. Реактивное распыление широко используется для формирования высокоомных резисторов.
Главными техническими трудностями при реактивном катодном распылении является точное дозирование активного газа, подаваемого в вакуумную камеру.
60. Изучение твердости материалов с нанопокрытиями.
Ответ:
Для оценки механических свойств объемных материалов — нанокристаллических и композиционных на основе наноструктурированных элементов — можно использовать обычные стандартные способы. Однако покрытия нанометровой толщины (далее — нанопокрытия), осажденные на толстые подложки, являются сложным объектом для механических испытаний. Поскольку толщина подложки намного больше толщины покрытия, обычные механические испытания (растяжение, сжатие, кручение) в данном случае неприемлемы. Для механических испытаний нанопокрытий следует применять способы, обладающие высокой локальностью.
|
|
|
В основу их может быть положено испытание на микротвердость.
К таким методам относятся определение твердости покрытий путем их продавливания [1, 2] и наноиндентирование [3, 4].
Способы оценки твердости нанопокрытий, т. е. покрытий толщиной менее 1 мкм.
Их использование определяет возможность создания как одно-, так и многослойных защитных покрытий с уникальными свойствами, зависящими от материала и структуры подложки, толщины покрытия и его химического состава, сочетания различных по химическому составу слоев и т. п.
Поскольку на испытания на продавливание покрытий и наноиндентирование не существует ГОСТов, приняты следующие обозначения:
HV — для измерения твердости методом продавливания; H — для измерения твердости наноиндентированием.
Способ определения микротвердости покрытий и его возможности.
Основным способом оценки механических свойств покрытий является измерение микротвердости. Под действием статической нагрузки Р в покрытие в течение определенного времени вдавливают алмазный наконечник и затем измеряют размеры полученного отпечатка. Наиболее распространен наконечник в виде алмазной четырехгранной пирамиды с квадратным основанием и углом при вершине 136°.
Обычно испытания проводят по способу восстановленного отпечатка [1], при котором измеряют диагональ отпечатка d, мм, после снятия нагрузки P, Н. Значение твердости рассчитывают по формуле
| HV = | P | = 0,19 | P | , | (1) | |
| S | d 2 | |||||
где S — площадь отпечатка четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136°.
Между глубиной проникновения индентора h и диагональю его отпечатка d существует соотношение:
|
|
|
h =0,14 d. (2)
Развитие нанотехнологий и создание субтонких нанопокрытий, а также слоистых композиций на их основе потребовало разработки новых подходов к измерению твердости. Обусловливается это следующими причинами. При измерении микротвердости покрытий нагрузка на индентор Р должна быть тем меньше, чем тоньше слой покрытия. В свою очередь, снижение нагрузки Р приводит к уменьшению размера отпечатка d.
Существующая аппаратура для измерения микротвердости позволяет при строгой регламентации шероховатости поверхности Ra ≤0,32мкм[5]надежно измерять лишь значения d,превышающие 4 мкм. Исходя из этого условия можно рассчитать минимально допустимую для измерения твердости толщину покрытия. Для диагонали отпечатка d = 4 мкм глубина проникновения пирамиды в материал составляет h = 0,56 мкм.
Применение для оценки размера диагонали электронной микроскопии вместо световой не устраняет этого ограничения. Вызвано это тем, что реальный пирамидальный индентор не является идеально острым. При его вершине всегда существует притупленная зона, близкая по форме к сфере. Размер этого притупления определяет минимальную глубину, при которой возможно измерение твердости. Для корректного измерения твердости необходимо, чтобы радиус закругления был намного меньше размера отпечатка. Для индентора в виде четырехгранной пирамиды не удается получить вершину с радиусом закругления менее 1 мкм [3].
В соответствии с требованиями к условиям проведения испытаний [6] на стороне образца (покрытия), противоположной испытуемой, после нанесения отпечатка не должно оставаться следов деформации материала, поэтому толщина покрытий должна составлять не менее 10-кратной глубины отпечатка [7], т. е. 5,6 мкм. Таким образом, этот стандартный способ нельзя применять для измерения твердости покрытий с толщинами менее 5,6 мкм, в том числе субтонких — так называемых нанометровых пленок и слоев.
|
|
|
