Preview

Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya

Расширенный поиск

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКИХ ПОКРЫТИЙ В СИСТЕМЕ Si–B–C–N, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ МИШЕНЕЙ SiBC

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2015-4-55-62

Полный текст:

Аннотация

Методом магнетронного распыления спеченных мишеней Si–B–C получены аморфные тонкопленочные покрытия Si–B–С–(N). Структура покрытий исследована с применением рентгенофазового анализа, растровой и просвечивающей электронной микроскопии, сканирующей зондовой микроскопии, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда и спектроскопии комбинационного рассеяния света. Механические и трибологические свойства покрытий определены с помощью методов наноиндентирования, скратч-тестирования и трибологических испытаний. Исследована жаростойкость покрытий в диапазоне температур 1200–1600 °С. Установлено, что покрытия оптимального состава обладают твердостью 20 ГПа, модулем упругости 210 ГПа, упругим восстановлением 53 %, коэффициентом трения 0,6 в паре с твердосплавным шариком, а также жаростойкостью выше 1200 °С, что обусловлено формированием на их поверхности защитной пленки на основе SiO2. Покрытия, осажденные из мишени состава Si70B25C5 в среде Ar+15%N2, помимо высокой жаростойкости при t = 1200 °С и выдержке в течение 12 ч показали стойкость к кратковременным тепловым нагрузкам при температурах 1400, 1500 и 1600 °С.

Об авторах

Ф. В. Кирюханцев-Корнеев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Научно-учебный центр СВС МИСиС–ИСМАН, г. Москва
Россия

канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН, доцент кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП) МИСиС (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4). Тел.: (495) 638-46-59.



А. Н. Шевейко
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Научно-учебный центр СВС МИСиС–ИСМАН, г. Москва
Россия
науч. сотрудник НУЦ СВС


Е. А. Левашов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Научно-учебный центр СВС МИСиС–ИСМАН, г. Москва
Россия
докт. техн. наук, проф., акад. РАЕН, директор НУЦ СВС, зав. кафедрой ПМиФП. Тел.: (495) 638-45-00.


Д. В. Штанский
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Научно-учебный центр СВС МИСиС–ИСМАН, г. Москва
Россия
докт. физ.-мат. наук, гл. науч. сотрудник НУЦ СВС, профессор кафедры ПМиФП


Список литературы

1. Riedel R., Kienzle A., Dressler W. et al. A silicoboron carbonitride ceramic stable to 2000 °C // Nature. 1996. Vol. 382. P. 796—798.

2. Feng Z., Guo Z., Biao L. et al. Preparation and Thermal Cycling Resistance of SiBCN(O) Coatings // Key Eng. Mater. 2014. Vol. 602-603. P. 393—396.

3. Ge K., Ye L., Han W. et al. Si(B)CN-doped carbon nanofibers with excellent oxidation resistance // Mater. Lett. 2013. Vol. 112. P. 124—128.

4. Hegemann D., Riedel R., Oehr C. PACVD-Derived thin films in the system Si—B—C—N // Chem. Vap. Deposition. 1999. Vol. 5. P. 61—65.

5. Abu Samra H., Kumar A., Xia J. et al. Development of a new generation of amorphous hard coatings based on the Si—B—C—N—O system for applications in extreme conditions // Surf. Coat. Technol. 2013. Vol. 223. P. 52—67.

6. Wilden J., Wank A., Bykava A. DC thermal plasma CVD synthesis of coatings from liquid single source SiBCN and SiCNTi precursors // Surf. Coat. Technol. 2005. Vol. 200. P. 612—615.

7. Veprek S., Karvankova P., Veprek-Heijman M.G.J. Possible role of oxygen impurities in degradation of nc-TiN/ a-Si3N4 nanocomposites // J. Vac. Sci. Technol. B. 2005. Vol. 23, № 6. P. 17—21.

8. He J., Zhang M., Jiang J. et al. Microstructure characterization of high-temperature, oxidation-resistant Si—B—C—N films // Thin Solid Films. 2013. Vol. 542. P. 167—173.

9. Čapek J., Hřeben S., Zeman P. et al. Effect of the gas mixture composition on high-temperature behavior of magnetron sputtered Si—B—C—N coatings // Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 203. P. 466—469.

10. Vishnyakov V.M., Ehiasarian A.P., Vishnyakov V.V. et al. Amorphous Boron containing silicon carbo-nitrides created by ion sputtering // Surf. Coat. Technol. 2011. Vol. 206. P. 149—154.

11. Choi J., Hayashi N., Kato T. et al. Mechanical properties and thermal stability of SiBCN films prepared by ion beam assisted sputter deposition // Diamond Relat. Mater. 2013. Vol. 34. P. 95—99.

12. Morant C., Prieto P., Hernandez M.J. et al. Factor analysis of AES sputter depth profiles of B, C and N sequentially implanted in silicon // Surf. Interface Anal. 2004. Vol. 36. P. 849—852.

13. Kiryukhantsev-Korneev F.V. Possibilities of Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy in the Investigation of Coatings // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55, № 5. P. 494—504.

14. Levashov E.A., Shtansky D.V., Kiryukhantsev-Korneev Ph.V. et al. Multifunctional Nanostructured Coatings: Formation, Structure, and the Uniformity of Measuring Their Mechanical and Tribological Properties // Russ. Metall. 2010. Vol. 10. P. 917—935.

15. Musil J., Zeman P., Baroch P. Hard Nanocomposite Coatings // Compr. Mater. Proces. 2014. Vol. 4. P. 325—353.

16. Pierson J.F., Billard A., Belmonte T. et al. Influence of oxygen flow rate on the structural and mechanical properties of reactively magnetron sputter-deposited Zr—B—O coatings // Thin Solid Films. 1999. Vol. 347. P. 78—84.

17. Shtansky D.V., Lyasotsky I.V., D’yakonova N.B. et al. Comparative investigation of Ti—Si—N films magnetron sputtered using Ti5Si3+Ti and Ti5Si3+TiN targets // Surf. Coat. Technol. 2004. Vol. 182. P. 210—220.

18. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Pierson J.F., Kuptsov K.A. et al. Hard Cr—Al—Si—B—(N) coatings deposited by reactive and non-reactive magnetron sputtering of CrAlSiB target // Appl. Surf. Sci. 2014. Vol. 314. P. 104—111.

19. Amor S.B., Atyaoui M., Bousbih R. et al. Effect of substrate temperature on microstructure and optical properties of hydrogenated nanocrystalline Si thin films grown by plasma enhanced chemical vapor deposition // Sol. Energy. 2014. Vol. 108. P. 126—134.

20. Sain B., Das D. Self-assembled nc-Si/a-SiNx:H quantum dots thin films: An alternative solid-state light emitting material // J. Lumin. 2015. Vol. 158. P. 11—18.

21. Torchynska T.V., Casas Espinola J.L., Vergara Hernandez E. et al. Effect of the stoichiometry of Si-rich silicon nitride thin films on their photoluminescence and structural properties // Thin Solid Films. 2015. Vol. 581. P. 65—69.

22. Zern A., Mayer J., Janakiraman N. et al. Quantitative EFTEM study of precursor-derived Si–B–C–N ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2002. Vol. 22. P. 1621—1629.

23. Yang Z.-H., Jia D.-Ch., Zhou Y. et al. Processing and characterization of SiB0,5C1,5N0,5 produced by mechanical alloying and subsequent spark plasma sintering // Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 488. P. 241—246.

24. Leyland A., Matthews A. On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behaviour // Wear. 2000. Vol. 246. P. 1—11.

25. Shtansky D.V., Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sheveiko A.N. et al. Hard tribological Ti—Cr—B—N coatings with enhanced thermal stability, corrosion- and oxidation resistance // Surf. Coat. Technol. 2007. Vol. 202. P. 861—865.


Для цитирования:


Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Шевейко А.Н., Левашов Е.А., Штанский Д.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКИХ ПОКРЫТИЙ В СИСТЕМЕ Si–B–C–N, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ МИШЕНЕЙ SiBC. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2015;(4):55-62. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2015-4-55-62

For citation:


Kiryukhantsev-Korneev F.V., Sheveyko A.N., Levashov E.A., Shtansky D.V. Investigation of the Si–B–C–N Thin Coatings Deposited Using Magnetron Sputtering of SiBC Targets. Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy. 2015;(4):55-62. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2015-4-55-62

Просмотров: 341


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)