Г. А. ГНЕДОВЕЦ1, В. Ю. ФОМИНСКИЙ, Р. И. РОМАНОВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

1Институт металлургии и материаловедения им. РАН

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯ

АНТИФРИКЦИОННЫХ НАНОПОКРЫТИЙ

Разработана компьютерная модель, описывающая динамику разлета и осаждения импульсного лазерно-инициированного потока атомов от мишени WSe2 в вакуумных условиях и в инертном газе заданного состава и давления. Модель использовалась для определения механизмов формирования твердосмазочных слоев WSex, наносимых импульсным лазерным осаждением в различных технологических условиях.

Согласно результатам экспериментальных исследований химический состав, структурное состояние и трибологические свойства покрытий на основе дихалькогенидов переходных металлов существенно зависят от режимов лазерного воздействия на мишень и условий разлета инициируемого факела [1, 2]. Для изучения физических процессов, определяющих свойства осаждаемых покрытий, разработана компьютерная модель разлета и осаждения лазерного факела от мишени стехиометрического состава (WSe2). Моделирование движения частиц испаренного вещества в инертном газе проводилось при помощи методики случайных траекторий Монте-Карло. Поскольку температура инертного газа существенно ниже температуры пара в лазерном факеле, тепловое движение молекул газа не учитывалось, и они считались неподвижными. Движение частиц отслеживалось до тех пор, пока они не достигали подложки или не покидали область моделирования.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Моделирование проводилось для типичных режимов наносекундного лазерного испарения бинарных мишеней (W+Se) в вакуум или атмосферу инертных газов (He, Ar) низкого давления (до 10 Па). В расчетах моделировалось движение ~106 частиц каждого сорта, использовалась пространственная сетка 100×100 ячеек при геометрическим размере 5×5 см2 области моделирования между мишенью и подложкой. Область моделирования равномерно заполнялась молекулами буферного газа с заданной температурой и плотностью. Начальное распределение частиц испаренного вещества в пространстве и по скоростям соответствовало его разлету из некоторой точки на поверхности мишени (пятна фокусировки) за относительно малое время (~0,1 мкс). Входящие в максвелловские функции распределения по скоростям параметры (плотность атомов N, температура T, массовая скорость u) определялись экспериментально. Разработанная модель позволяет проводить расчеты пространственного распределения атомов при разлете от мишени до подложки и при осаждении на плоскую подложку (рис. 1 а), распределения по углам падения (рис. 1 б) и скоростной спектр осаждаемых атомов (рис. 1 в), временную эволюцию потока осаждаемых атомов.

(а)

(б)

(в)

Рис. 1. Модельное распределение по поверхности подложки атомов W и Se (а), угловые диаграммы (б) и скоростные спектры этих атомов (в) в центре подложки при осаждении лазерно-инициированного потока частиц в вакууме и аргоне различного давления

Список литературы

1. V.Yu. Fominski et al. Pulsed laser deposition of antifriction thin-film MoSex coatings at the different vacuum conditions. Surface and Coatings Technology. 2007. Vol.201. P..

2. В.Ю.Фоминский и др. Особенности импульсного лазерного осаждения антифрикционных тонкопленочных покрытий MoSex в инертном газе. Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. №7. С.20-26.