Исследование структуры и фазообразования  arc -PVD-покрытий Zr–B–Si–C–Ti–(N)

Белов Д. С.; Блинков И. В.; Сергевнин В. С.; Черногор А. В.; Демиров А. П.; Полянский А. М.

doi:10.31857/S0002337X23020033

Исследование структуры и фазообразования arc-PVD-покрытий Zr–B–Si–C–Ti–(N)

Autores: Белов Д.¹, Блинков И.¹, Сергевнин В.¹, Черногор А.¹, Демиров А.¹, Полянский А.²
Afiliações:
1. Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”
2. АО “НПО Энергомаш” им. Академика В.П. Глушко
Edição: Volume 59, Nº 2 (2023)
Páginas: 162-168
Seção: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140125
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23020033
EDN: https://elibrary.ru/YCNWKG
ID: 140125

Citar

Texto integral

Acesso aberto
Acesso é fechado

Acesso está concedido
Acesso é fechado

Somente assinantes

Resumo
Sobre autores
Bibliografia
Arquivos suplementares
Estatísticas

Resumo

Покрытия систем Zr–B–Si–C–Ti и Zr–B–Si–C–Ti–N впервые были получены методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения в остаточной атмосфере аргона и азота. Покрытие Zr–B–Si–C–Ti характеризуется аморфно-нанокристаллической структурой. Нанокристаллиты формировались в системе Ti–B–C, а аморфная составляющая структуры образована фазами Zr–B–C и Si–C. Покрытие второй системы имеет преимущественно аморфную структуру (степень аморфизации ~85–93%), которая формируется на основе нитрида титана с наличием связей Ti–B и Ti–C, карбоборнитрида (Zr_x(C,N,B)_y), борида циркония и карбонитрида кремния.

Palavras-chave

ионно-плазменные вакуумно-дуговые покрытия, аморфная структура, нанокристаллическая структура, карбид, карбонитрид, карбоборид, карбоборнитрид, фазообразование, энергия связи элементов, термическая устойчивость структуры

Bibliografia

Monteverde F., Scatteia L. Resistance to Thermal Shock and to Oxidation of Metal Diborides–SiC Ceramics for Aerospace Application // J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. P. 1130–1138.
Chamberlain A., Fahrenholtz W., Hilmas G., Ellerby D. Oxidation of ZrB2–SiC Ceramics under Atmospheric and Reentry Conditions // Refract. Appl. Trans. 2005. V. 1. № 2. P. 2–8.
Воронов В.А., Лебедев Ю.Е., Чайников А.С., Ткаленко Д.М., Шавнев А.А. Влияние вискерсов карбида кремния на физико-механические свойства керамического композиционного материала ZrB2/SiC // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 1. С. 110–116. https://doi.org/10.31857/S0002337X22010134
Yang X., Wei L., Song W. ZrB2/SiC as a Protective Coating for C/SiC Composites: Effect of High Temperature Oxidation on Mechanical Properties and Anti–Ablation Property // Composites, Part B. 2013. V. 45. P. 1391–1396. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.07.007
Wang D., Zeng Y., Xiong X. Preparation and Ablation Properties of ZrB2–SiC Protective Laminae for Carbon/Carbon Composites // Ceram. Int. 2014. V. 40. P. 14215–14222. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.06.010
Zou X., Fu Q., Liu L. ZrB2–SiC Coating to Protect Carbon/Carbon Composites Against Ablation // Surf. Coat. Technol. 2013. V. 226. P. 17–21. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.03.027
Krella A. Resistance of PVD Coatings to Erosive and Wear Processes: A Review // Coat. 2020. V. 10. P. 921. https://doi.org/10.3390/coatings10100921
Brown I.G. Cathodic Arc Deposition of Films // Ann. Rev. Mater. Sci. 1998. V. 28. P. 243–269. https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.28.1.243
Anders A.A. Review Comparing Cathodic Arcs and High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) // Surf. Coat. Technol. 2014. V. 257. P. 308–325. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.08.043
Takikawa H. Review of Cathodic Arc Deposition for Preparing Droplet–Free Thin Films // Int. Symp. on Discharges and Elect. Insulation in Vac. 2007. V. 35. P. 992–999. https://doi.org/10.1109/TPS.2007.897907
Sanders D.M., Anders A. Review of Cathodic Arc Deposition Technology at the Start of the New Millennium // Surf. Coat. Technol. 2000. V. 133–134. P. 78–90. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)00879-3
Ian C., Madsen I., Nicola V.Y., Scarlett I., Arnt K. Description and Survey of Methodologies for the Determination of Amorphous Content via X-ray Powder Diffraction // Z. Kristallogr. 2011. V. 226. P. 944–955. https://doi.org/10.1524/zkri.2011.1437
ASM Metals Handbook. V. 12. Fractography, ASM, 2002.
David B.W., Carter C.B. Transmission Electron Microscopy. A Textbook for Materials Science: N.Y.: Springer, 2009.
Jutter B., Kleberg I. The Retrograde Motion of Arc Cathode Spots in Vacuum // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 33 P. 2025–2036.
Beilis I. Vacuum Arc Cathode Spot Theory: History and Evolution of the Mechanisms // IEEE Trans. Plasma Sci. 2019. V. 47. P. 3412–3433. https://doi.org/10.1109/TPS.2019.2904324
Craciun V., McCumiskey E., Hanna M. Very Hard ZrC Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition // J. Eur. Ceram. Soc. 2013. V. 33. P. 2223–2226. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2013.01.001
Badrinarayanan S., Sinha S. XPS Studies of Nitrogen Ion Implanted Zirconium and Titanium // J. Solid State Chem. 1989. V. 49. P. 303–309.
Chen L., Goto T., Hirai T. State of Boron in Chemical Vapour–Deposited SiC–B Composite Powders // J. Mater. Sci. Lett. 1990. V. 9. P. 997–999. https://doi.org/10.1007/BF00727857
Didziulis S., Fleischauer P. Effects of Chemical Treatments on SiC Surface Composition and Subsequent MoS2 Film Growth // Langmuir. 1990. V. 6. P. 621–627. https://doi.org/10.1021/la00093a017
Yan S., Fu T., Wang R., Tian C., Wang Z., Huang Z., Yang B., Fu D. Deposition of CrSiN/AlTiSiN Nano-Multilayer Coatings by Multi-Arc Ion Plating Using Gas Source Silicon // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res, Sect. B. 2013. V. 324. P. 35–40. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.01.084
Dreiling I., Raisch C., Glaser J., Stiens D., Chassé T. Characterization and Oxidation Behavior of MTCVD Ti–B–N Coatings // Surf. Coat. Technol. 2011. V. 206. P. 479–486. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.07.067
Ettmayer P., Lengauer W. Nitrides // Ullmann’s Encyclopedia of Ind. Chem. 2000. https://doi.org/10.1002/14356007.a17_341
Shatynski S.R. The Thermochemistry of Transition Metal Carbides // Oxid. Met. 1979. V. 13. P. 105–118. https://doi.org/10.1007/BF00611975
Li Y.-F., Xu H., Xia Q.-L., Liu X.-L. First-Principles Calculation of Structural and Thermodynamic Properties of Titanium Boride // J. Cent. South Univ. Technol. 2011. V. 18. P. 1773–1779. https://doi.org/10.1007/s11771-011-0901-5
Zhu Y., Cheng L., Li M., Ma B., Liu Y., Zhang L. The Synthesis and Characterization of CVD ZrB2 Coating from ZrCl4–BCl3–H2–Ar System // Ceram. Int. 2018. V. 44. P. 2002–2010. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.10.145
Peshev P. A Thermodynamic Estimation of the Chemical Vapor Deposition of Some Borides // J. Solid State Chem. 2000. V. 154. P. 157–161. https://doi.org/10.1006/jssc.2000.8828
Prieto P., Kirby R.E. X-ray Photoelectron Spectroscopy Study of the Difference between Reactively Evaporated and Direct Sputter-Deposited TiN Films and Their Oxidation Properties // J. Vac. Sci. Technol., A. 1995. V. 13. P. 2819. https://doi.org/10.1116/1.579711
Mavel G., Escard J., Costa P. ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) Study of Metal Borides // J. Cast., Surf. Sci. 1973. V. 35. P. 109–116.
Galuska A.A., Uht J.C., Marquez N. Reactive and Nonreactive Ion Mixing of Ti Films on Carbon Substrates // J. Vac. Sci. Technol., A. 1988. V. 6. P. 110–122. https://doi.org/10.1116/1.574992
Chastain R.C., King Jr. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy // N.Y.: Perkin-Elmer, 1992.