Роль структуры и фазового состава в формировании физико-механических и трибологических свойств пленок на основе TiN (стр. 3 )

3. Yang-Tse Cheng and Che-Min Cheng. Relationships between hardness, elastic modulus and the work of indentation // Applied Physics Letters, 1998. Vol. 73, № 5. рр. 614-618.

4. Mayrhofer P. H., Mitterer C., Musil J. Structure property relationships in single - and dual-phase nanocrystalline hard coatings // Surface and Coatings Technology, 2003. Vol. 174-175. рр. 725-731.

5. Musil J. Hard and superhard nanocomposite coatings// Surface and Coatings Technology, 2000. Vol. 125. рр. 322-330.

6. , , Moore J. J. Особенности структуры и физикомеханических свойств наноструктурных тонких пленок // Физика твердого тела, 2003. Том 45. Вып. 6. С. 1122-1129.

7. . Караваев трибологических характеристик пленок на основе ZrN путем оптимизации технологических условий процесса магнетронного распыления // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения. Воркута: Филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт», 2011. С. 298.

8. , , Левашов методы оценки механических и трибологических свойств функциональных поверхностей. Матер. X Междунар. науч.-техн. конф. «Высокие технологии в промышленности России» XVI Междунар. симп. «Тонкие пленки в электронике». М.: «Техномаш», 2004. С. 311.

9. , , Фирстов структурного состояния материалов методом автоматического индентирования // Сб. докл. Харьковской нанотехнологической ассамблеи, 2006. Т. 1. С. 52-55.

10. , , Кирик и нанокомпозитные покрытия, структура, свойства // ФИП, 2007. Т. 5. № 1-2. С. 4-27.

11. Rafael R. Manory X-ray characterization of TiNx films with CaF2-type structure / Rafael R. Manory, G. Kimmel // Thin Solid Films, 1987. Vol. 150. рр. 277–282.

12. Veprek S. The search for novel, superhard materials // Journal Vac. Sci. and Technol, 1999. Vol. A. № 17. рр. 2401-2420.

13. Шулаев результаты исследований причин прироста твердости в наноструктурных покрытиях нестехиометрического кубического нитрида титана // Вестник ХНАДУ, 2010. Вып. 51. С. 130-134.

14. верхтвердые покрытия из нанокомпозитов. Обзор зарубежной литературы// Металловедение и термическая обработка металлов, 2008. № 12. С. 41–47.

15. , , Шулаев -дуговые наноструктурные TiN покрытия // Вестник МГТУ "Станкин", 2010. № 3. С. 14-17.

16. Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta mater, 2000. Vol. 48. рр. 1–29.

17. , , Метель источник пара материала проводящей мишени, распыляемой ионами с энергией 3 кэВ при давлении 0,05 Па // Приборы и техника эксперимента, 2009. № 5. С. 127–133.

Рис. 1. Сравнительные диаграммы интенсивностей дифракционных пиков кубической фазы TiN, приведенных к 100 % максимального пика, в интервале 25…800 (единый масштаб интенсивностей пиков всех дифрактограмм)

а)

б) в)

г) д)

е) ж)

з) и)

к) л)

Рис. 2. Графики зависимостей а), б), г), е), з,) к) физико-механических характеристик и в), д), ж) и), к) трибологических характеристик пленок от их структурных характеристик, фазового состава и ТехП процесса осаждения

Таблица 1

Физико-механические, структурные характеристики и напряжения в пленках, сформированных электродуговым испарением (ЭДИ) и магнетронным распылением (МР) (σвн–внутренние напряжения)

Материал пленки	Н, ГПа	Е, ГПа	Н/Е	Н3/Е*2, ГПа	L, нм	Тип тектуры	σвн, ГПа	Источник
TiN ЭДИ	33…56	402…480		0,222…0,806	10			[5]
TiN ЭДИ	25…27	320	0,089…0,100	0,197…0,270	15…30	(111)		[1]
TiN ЭДИ	41…53	410…440	0,100…0,129	0,430…0,885	15…30	(111)		[7]
TiN ЭДИ	34…39							[7]
TiN ЭДИ	45…47							[3]
TiN ЭДИ	45			0,527			0,9…2,9	[7]
TiN ЭДИ	40...68	410...470	0,145	1,15	15…30	(111)		[7]
TiN ЭДИ	56…59							[13]
TiN ВЧ МР	30…34							[15]

Таблица 1

Морфологические и структурные особенности пленок на основе TiN, сформированных ЭДИ (Тп – температура пленки в процессе осаждения)

ТехП	Тп, К	Морфологические и структурные особенности пленок на основе TiN
Р, Па	0,6	630**…690	Не плотная столбчатая подструктура пленки (СПП). Крупноячеистая поверхностная структура (ПС). Дефекты пленки: многочисленные крупные по всей поверхности пленки 3D образования в различном структурном состоянии: от глобулярной до столбчатой подструктуры. Локальные несплошности поверхности пленки (ЛНП) большой площади
0,8	640**…700	Не плотная СПП. Крупноячеистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие и единичные крупные многоуровневые уплощенные 3D образования с неупорядоченной столбчатой подструктурой по всей поверхности пленки. ЛНП.
1,0*	645**…725	Нанокристаллическая пленка (НП). Равномерно-зернистая ПС с равноосными зернами. Дефекты пленки: немногочисленные мелкие стержневые образования (СО) с упорядоченной столбчатой подструктурой
1,2	650**…730	Плотная СПП. Мелкозернистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие и единичные крупные многоуровневые уплощенные образования с упорядоченной столбчатой подструктурой по всей поверхности пленки. Увеличение размера кристаллитов
1,4	655*…735	Плотная СПП. Мелкозернистая ПС. Увеличение диаметра зерен с изменением формы выхода их на поверхность до удлиненной. Дефекты пленки: многочисленные мелкие и единичные крупные уплощенные 3D образования с упорядоченной столбчатой подструктурой по всей поверхности пленки. ЛНП пленки большой площади
Iд, А	90	650**…735	Плотная СПП. Мелкозернистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие и двухуровневые крупные 3D образования со столбчатой подструктурой по всей поверхности пленки. ЛНП большой площади. Увеличение размера кристаллитов
100	655**…755	Плотная СПП. Неравномерная мелкозернистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие и двухуровневые крупные 3D образования в различном структурном состоянии: от глобулярной подструктуры до столбчатой по всей поверхности пленки. ЛНП большой площади. Увеличение размера кристаллитов
Uсм, В	80	625**…675	Не плотная СПП. Крупноячеистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие и единичные крупные уплощенные 3D образования в различном структурном состоянии: от глобулярной подструктуры до столбчатой. ЛНП большой площади
100	635**…700	Не плотная СПП. Среднеячеистая ПС пленки и фрактальная ПС образований. Дефекты пленки: многочисленные мелкие 3D и стержневые образования в различном структурном состоянии: от глобулярной подструктуры до столбчатой. Многочисленные ЛНП большой площади
150	640**…715	Не плотная СПП. Мелкоячеистая ПС пленки и фрактальная ПС образований. Дефекты пленки: многочисленные мелкие 3D, протяженные и двухуровневые СО в различном структурном состоянии: от глобулярной подструктуры до столбчатой. Многочисленные ЛНП
250	670**…745	Плотная СПП. Неравномерно зернистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие 3D и протяженные СО с упорядоченной столбчатой подструктурой. Многочисленные ЛНП
L, мм	300	<620**…710	Неплотная СПП. Неравномерно зернистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие 3D и стержневые образования с упорядоченной столбчатой подструктурой. Многочисленные ЛНП и загрязнения
330	<620**…680	Не плотная СПП. Крупноячеистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие 3D образования в различном структурном состоянии: от глобулярной подструктуры до столбчатой. Многочисленные ЛНП
360	<620**…665	Неплотная СПП. Неравномерно зернистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие 3D и протяженные СО с неупорядоченной столбчатой подструктурой. Единичные трещины до подложки
400	<620**…655	Неплотная СПП. Неравномерно зернистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные мелкие 3D и не многочисленные СО в различном структурном состоянии: от глобулярной до столбчатой подструктуры с неравновесными структурами пластинчатого строения по периметру. Единичное разрушение 3D образований
N2, %	30	625**…660	Крупнозернистая СПП. Неравномерно зернистая ПС. Дефекты пленки: многочисленные 3D образования в различном структурном состоянии: от глобулярной до пластинчатой подструктуры. Локальное выкрашивание зерен
50	625**…670	Не плотная СПП. Крупноячеистая ПС пленки и фрактальная ПС образований. Дефекты пленки: многочисленные 3D образования в различном структурном состоянии: от глобулярной подструктуры до столбчатой. Загрязнения поверхности 3D образований
70	625**…680	Не плотная СПП. Мелкоячеистая ПС пленки и фрактальная ПС образований. Дефекты пленки: многочисленные 3D и уплощенные образования со столбчатой подструктурой. Единичные 3D образования с зернистой подструктурой. ЛНП

*1,0 Па; 80 А; 200 В; 270 мм; 90 %. **Первое значение Тп – температура пленки после 10 мин осаждения при температуре подложки после осаждения подслоя 613 К.