Tenké kovové filmy,
jejich příprava a vlastnosti
Úvod
Transportní procesy v přípravě kovů
Studium struktury a dějů v kovových povlacích
Úvod
- povlékání základních materiálů
Proč povlak na materiálu?
Ochrana proti mechanickému opotřebení
Ochrana proti interakci s prostředím
- ochrana proti korozi
- ochrana proti oxidaci
Příprava materiálu se speciálními vlastnostmi
- optické
- elektrické
- magnetické
optickoptickéé
reflexní vrstvy na zrcadlech (Cr, Ni, TiO2)
antireflexní vrstvy na objektivech (MgF2)
optoelektronické materiály (ZnS, SnO2, CaF2, Se)
elektrickelektrickéé
polovodiče (Si, Ge, GaAs, (Ga,In)As, (Ga,In)As,P)
izolátory (SiO2, Al2O3)
dielektrika (Al2O3, TiO2)
magnetickmagnetickéé
supravodiče (Nb3Si, Nb3Ge, Nb3Sn, Nb3Ga, V3Si)
záznamové vrstvy s paměťovými vlastnostmi
(slitiny Fe-Ni, Fe-Ni-Mo)
Ochrana ocelových a jiných materiálů povrchovým
- boridováním (TiB)
- karbidováním (TiC)
- nitridováním (TiN)
- silicidováním (TiSi2)
- kombinace Ti (C,N), (B4C)
proti mechanickproti mechanickéému opotmu opotřřebenebeníí
proti koroziproti korozi
ochrana kovů chromováním nebo silicidováním
proti oxidaciproti oxidaci
ochrana kovů pasivováním oxidovou vrstvou nebo
vytvářením povlaků (SiC, BN, Si3N4)
Transportní procesy v přípravě
kovů
- metody přípravy kovových povlaků
Metody pro tvorbu povlakMetody pro tvorbu povlakůů
Depozice
- katodická
- anodická
Difúzní procesy
- termická oxidace
- tvorba karbidů, nitridů a karbonitridů
Metody PVD
Metody CVD
Plazmatické nástřiky
Speciální techniky
Princip metodyPrincip metody PVDPVD
PPřřevod materievod materiáálu do plynnlu do plynnéé ffááze:ze:
Termickým ohřevem
Rozprášením pomocí urychlených iontů
ppřřííklady reaktivnklady reaktivníí depozicedepozice
výsledekvýsledek
ZZáákladnkladníí typy deponovaných ltypy deponovaných láátektek
Často využíván povlak TiN, ale i jiné (viz. tabulka)
Titan = relativně levný, atraktivní zbarvení povlaku (zlatý)
Vlastnosti hlavnVlastnosti hlavníích typch typůů povlakpovlakůů
Princip metodyPrincip metody CVDCVD
Princip plasmatickPrincip plasmatickéého nho nááststřřikuiku
Přívod práškového materiálu do plazmového
paprsku (H2, Ar)
Ohřev materiálu v plazmě na teplotu tání
Urychlování roztavených částic zplodinami
plasmových plynů
Dopad materiálu na podložku
Faktory ovlivFaktory ovlivňňujujííccíí charaktercharakter
Různá velikost částic
Teplotní gradient plazmového svazku
⇒ tání až vypařování částic ⇒ různý tvar částic
VýsledekVýsledek
StrukturnStrukturníí nehomogenitanehomogenita a poruchy v povlakua poruchy v povlaku
Cathode sputtering (pokovování rozprašováním katody
ve vakuu)
Thermal vacuum evaporation (termické vakuové
vypařování)
Molecular beam epitaxy (MBE)
Photoepitaxy (PE)
Laserová ablace
FyzikFyzikáálnlníí metodymetody
pro ppro přříípravu tenkých filmpravu tenkých filmůů
Studium struktury a dějů
v kovových povlacích
- povlaky na Ni superslitinách (příklad)
VýchozVýchozíí:: - základní = superslitina IN100 (NiAlCrCoTiNiAlCrCoTi)
materimateriááll - povlak - 1. vrstva (NiCoCrAlYNiCoCrAlY – metalická)
- 2. vrstva (ZrO2-8 wt.% Y2O3 – keramická)
PPřříípravaprava::
povlakpovlakůů
EBEB –– PVDPVD (Electron Beam-Physical Vapour Deposition)
MikrostukturaMikrostuktura:: - TEM – identifikace fází
popo žžííhháánníí - SEM – složení fází
((výsledekvýsledek))
((výsledekvýsledek))
Soustava substrSoustava substráátt -- povlakpovlak
EBEB--PVDPVD
SchSchééma výslednma výslednéého materiho materiáálulu
MateriMateriááll
Celkové chemické složení substrátu a metalické vrstvy
Mikrostruktura materiMikrostruktura materiáálu slu s povlakempovlakem
t1
t2
t3 t4
t1 > t2 > t3 > t4
γ + β
γ + γ’
FFáázovzovéé digramydigramy ←→←→ strukturastruktura
Základní materiál (NiNi5555TiTi55CoCoxxCrCryyAlAlzz)
Metalická vrstva (NiNi4040 CoCoxxCrCryyAlAlzz)
γ ←→ γ’
β
MateriMateriáál po nl po nááststřřiku metalickiku metalickéé vrstvyvrstvy
MateriMateriáál po tepelnl po tepelnéém zpracovm zpracováánníí a testecha testech
(difdifúúze minoritnze minoritníích sloch složžekek)
(Ni(Ni6060TiTi00CoCoxxCrCryyAlAlzz)) ←→←→ (Ni(Ni5555TiTi55CoCoxxCrCryyAlAlzz))
1000ºC 1000ºC
(Ni(Ni4040CoCoxxCrCryyAlAlzz))
Koncentrace prvkKoncentrace prvkůů v DZ a povlakuv DZ a povlaku
0
10
20
30
40
50
60
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Distance from substrate/DZ interface [µm]
Ni,Co,Cr,Al[at.%]
0
1
2
3
4
5
6
Ti,V,Mo[at.%]
Ni Co Cr Al
Ti V Mo
(Ni(Ni4040CoCo1818CrCr1212AlAlzzTiTizz))