Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Типы нанопокрытий в машиностроении

Цель работы: изучить типы нанопокрытий, использующихся в машиностроении

Отчет должен содержать:

1. Классификацию нанопокрытий, краткое описание их свойств и областей применения

2. Анализ способов получения покрытий и схемы процессов

3. Таблицу заданных преподавателем покрытий с указанием типа, вида и класса покрытия

Краткая теоретическая часть

Классификация нанопокрытий

По назначению По типу и методу получения По химическому составу По композиции По структуре
Декоративные Защитно-декоративные Упрочняющие Износостойкие Оптические Антикоррозионные Антифрикционные Функциональные: оптические электропроводные резистивные диэлектрические магнитные барьерные теплозащитные уплотнительные каталитические Многофункциональные Лако-красочные Гальванические Диффузионные Газотермические: § газопламенные § детонационные § плазменные Вакуумные: § CVD § PECVD § PVD Металлические Керамические: · нитриды · карбиды · бориды · оксиды · карбонитриды · оксикарбонитриды Металлокерамические Углеродные (DLC): · a-C (а-C:H) · ta-C · Me-C:H · CNx Однослойные Многослойные Монофазные Многофазные Градиентные Аморфные Монокристаллические Поликристаллические Макрокристаллические Микрокристаллические Субмикронные Нанокристаллические Нанокомпозитные (2D и 3D)

 

Способы получения нанопокрытий

Наименование метода Условия реализации метода Основные виды покрытий Преимущества метода Недостатки метода
  Химическое осаждение из паровой фазы (CVD): HT-CVD MT-CVD PE-CVD Рабочие газы: Ar, N2 (NH4), CH4, CO2, пары MeCln (Me=Ti, Zr, Al) Р, Па Т, 0С 8·103-1·105 950 – 1100 8·103-5·104 780 – 850 8·101-5·102 550 – 650 Керамические покрытия: TiN, ZrN, TiC, ZrC, TiCN, ZrCN, Al2O3, TiO2, ZrO2 на твердосплавный инструмент Простота и высокая плотность загрузки изделий (отсутствие вращения). Пониженные требования к подготовке изделий. Высокая адгезия. Возможность получения толстых покрытий. Простота получения оксидных покрытий. Температурные ограничения по материалам изделий. Низкая скорость осаждения. Пониженные механические свойства покрытий. Специальные меры по экологической безопасности.
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)
Резистивное испарение Рабочая среда: вакуум 10-2 – 10-3 Па Испарение металлов резистивным нагреванием Металлические покрытия: Al, Ag, Cu, Zn, Cd, Cr, Ni, Co, Si Высокая скорость осаждения. Возможность получения толстых покрытий. Недостаточно плотная структура покрытий. Невысокие механические свойства.
Электронно-лучевое испарение Рабочая среда: вакуум 10-4 – 10-3 Па реактив. газы N2, O2, CH4. Испарение металлов сфокусированным электронным пучком с дополнительной ионизацией Металлические покрытия: Al, Ag, Cu,Ti, Cr, Ni, Co, Si Керамические покрытия: TiN, ZrN, TiC, ZrC, TiCN, ZrCN, Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ZrO2/Y2O3 Высокая скорость осаждения. Возможность получения толстых покрытий (до 200 мкм). Высокая чистота покрытий (min примесей) Трудно обеспечить равномерность толщины и стехиометрии на изделиях сложной конфигурации.Низкая степень загрузки изделиями объема рабочей камеры
Лазерное испарение Рабочая среда: вакуум 10-5 – 10-3 Па Испарение материалов различного состава лазерным импульсом длительностью от мкс до фс Покрытия для микроэлектроники: Sb2S3, As2S3, SrTiO3, BaTiO3, GaAs Покрытия DLC с высокими характеристиками. Получение покрытий сложных соединений Высокая чистота покрытий (min примесей)   Сложность технической реализации.  
Вакуумно-дуговое испарение Рабочая среда: вакуум 10-3 – 10-2 Па реактив. газы N2, O2, CH4. Р = 0,01 – 1 Па Т = 300 – 6000С Испарение металлов в катодном пятне дугового разряда. Осаждение покрытий с высокой степенью ионного воздействия. Металлические покрытия: Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Ni, Co, Si, MCrAlY (M=Ni, Co) Керамические покрытия: TiN, ZrN, CrN, TiC, TiCN, ZrCN, TiAlN, AlCrN, TiO2, ZrO2 Нанокомпозиты: TiAlN/Si3N4, AlCrN/Si3N4 Покрытия DLC Высокая скорость осаждения. Относительная простота технической реализации. Эффективная ионная очистка изделий перед нанесением покрытий. Высокие свойства керамических покрытий. Наличие в структуре покрытий микро капельной металлической фазы. Относительно высокие температуры осаждения покрытий.
Магнетронное распыление: MS (CM) MSIP (HM) HIS (ДМ) HIPIMS Рабочая среда: газы Ar, N2, O2, CH4. Р = 0,05 – 1 Па Т = 60 – 6000С Ионное распыление металлов в магнетронном разряде Осаждение покрытий с различной степенью ионного воздействия: слабое ν < 0,1 умерен.-высокое ν = 0,1-8 высокое ν = 8-12 сверхвысокое ν > 12 Полный спектр металлических покрытий: Al, Ag, Au,Cu, Zn, Sn, Cd Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Ni, Co, Si, MCrAlY (M=Ni, Co) и др. Керамические покрытия: TiN, ZrN, CrN, TiC, TiCN, ZrОN, TiAlN, AlCrN, TiBN CrAlTiYN, TiO2, ZrO2, Al2O3, SiO2. Нанокомпозиты: 3D: TiAlN/Si3N4, TiN/BN AlCrN/Si3N4, ZrN/Cu ZrO2/Al2O3. 2D: TiN/NbN, TiN/CrN, TiN/AlN, CrN/AlN, TiN/CN. Покрытия DLC ν =   Плотная микро (нано) кристаллическая структура металлических и керамических покрытий при полном отсутствии капельной фазы. Возможность нанесения покрытий на термочувствительные материалы при низких температурах. Наиболее широкий спектр покрытий различного назначения. Высокая скорость осаждения. Высокие свойства металлических и керамических покрытий. Относительная сложность технической реализации метода при получении реактивных (керамических) покрытий. Относительно высокая стоимость оборудования.

Обозначения и сокращения:

CVD – Chemical Vapour Deposition – физическое осаждение из паровой фазы

PVD – Physical Vapour Deposition – химическое осаждение из паровой фазы

PECVD – Plasma Enhancement CVD – усиленное плазмой химическое осаждение из паровой фазы

DLC – Dimond Like Carbon – алмазоподобный углерод

СМ – сбалансированный магнетрон. НМ – несбалансированный магнетрон. ДМ– дуальный магнетрон.

MS – осаждение магнетронным распылением без ионного воздействия с использованием СМ.

MSIP – ионное осаждение магнетронным распылением с использованием НМ.

НIS – осаждение магнетронным распылением с высокой ионизацией с использованием ДМ.

HIPIMS – магнетронное распылением импульсами высокой мощности.

ν = ni /nat – число ионов приходящихся на один осажденный атом при нанесении покрытий.

 

Пример заполнения таблицы

Покрытие Структура Брутто-формула Адгезионный слой Переходный слой  
TiN Монофазная TiN Ti
CrN Монофазная CrxN, x=0.5-1 Cr
TiCN Двухфазная TiCxN1-x, x=0.5-0.7 Ti TiN
TiN→TiCN Градиентная TiCxN1-x, x=0.4→0.7 Ti TiN
TiAlN Градиентная TixAl1-xN, x=0.7→0.5 Ti TiN
AlCrN Двухфазная AlxCr1-xN, x=0.75-0.65 Cr CrN
AlTiN Нанокомпозитная TiN-nc/AlN-nc AlxTi1-xN, x=0.65-0.55 Ti TiN
AlSiTiN Нанокомпозитная TiAlN-nc/Si3N4-a Al0.4Si0.05Ti0.55N Ti TiN
AlSiCrN Нанокомпозитная AlCrN-nc/Si3N4-a Al0.82Si0.10Cr0.08N Cr CrN
                   

 

 

Лабораторная работа 4.

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...