О возможности напыления керамических покрытий электронно-лучевым способом

PHYSICO-MATHEMATICAL SCIENCES

On the possibility of spraying ceramic coatings by electron-beam method Yushkov Yu.

О возможности напыления керамических покрытий электронно-лучевым способом Юшков Ю. Г.

Юшков Юрий Георгиевич / Yushkov Yury - кандидат технических наук, главный научный сотрудник, кафедра физики,

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск

Аннотация: целью настоящей работы было нанесение покрытий из паровой фазы расплавленной мишени на подложку. Учитывая положительный опыт коллектива по свариванию и пайке алюмооксидной керамики, в качестве материала мишени использовался фрагмент алюмооксидной керамики марки ВК-95. Abstract: the aim of this work was the coating vapor molten target on the substrate. Given the positive experience of the team of weld and solder aluminum oxide ceramic, in a fragment of the target material used alumina ceramic brand VK-95.

Ключевые слова: электронный пучок, плазма, испарение керамики. Keywords: electron beam, plasma evaporation ceramics.

Покрытия на основе оксидных соединений алюминия, благодаря своим уникальным оптическим, антикоррозионным, диэлектрическим свойствам, а также высокой износостойкости, в настоящее время получают все большее распространение.

Формирование электронного пучка форвакуумным плазменным источником при давлениях 5-20 Па [1] обеспечивает образование в области транспортировки пучка плотной плазмы концентрацией 1010-1011 см-3. Ионы генерируемой пучком плазмы обеспечивают нейтрализацию заряда изолированной мишени и открывают возможность непосредственной электронно-лучевой обработки непроводящих диэлектриков без создания специальных условий для нейтрализации заряда ее поверхности. Данный факт существенно расширяет применение электронных пучков для обработки, распыления и последующего нанесения керамических покрытий.

Эксперименты проводились с использованием форвакуумного источника электронов на основе тлеющего разряда с полым катодом, функционирующего в непрерывном режиме.

При ускоряющем напряжении до 10 кВ и токе до 100 мА в масс-спектре наблюдались только ионы напускаемого и остаточных газов. При повышении мощности пучка в спектрах наблюдались однозарядные ионы металлов: Na+, Mg+ и K+. Увеличение тока пучка более 150 мА, при постоянном ускоряющем напряжении порядка 10 кВ, приводило к плавлению материала мишени, формированию жидкой ванны расплава, кипению и интенсивному испарению, что сопровождалось появлением в масс-спектре пиков, соответствующих ионам алюминия, а также ионам его оксида и гидроксида.

Фотография поперечного среза экспериментального образца из титана с осажденным покрытием, полученная методом растровой электронной микроскопии, представлена на рисунке 1 .

При помощи данного метода определялась толщина покрытия, которая составляла 1,5-3 мкм. Методом ОЖЭ-спектроскопии был исследован элементный состав экспериментальных образцов по глубине (рис. 2).

Рис. 1. Поперечный срез экспериментального образца

Рис. 2. Элементный состав экспериментальных образцов по глубине

Очевидно, что полученное покрытие в основном состоит из атомов алюминия и кислорода. Присутствие атомов кремния может объясняться тем, что в этом же цикле экспериментов на держателе присутствовали подложки из кремния, которые также подвергались температурному воздействию со стороны мишени, нагреваемой электронным пучком.

Работа поддержана грантом РФФИ № 16-38-60059.

Литература

1. Бурдовицин В. А., Окс Е. М., Скробов Е. В., Юшков Ю. Г. Модификация поверхности керамики импульсным электронным пучком, генерируемым форвакуумным плазменным источником.

2. Перспективные материалы. 2011. № 6. С. 1.