Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8 | Следующая страница реферата

Карбиды. Карбиды обладают рядом противоречивых свойств, что осложняет детальное изучение их физической природы. В частности, строение монокарбидов с кубической решеткой соответствует структуре типа NaCl , вместе с тем электропроводность карбидов сравнима с электропроводностью металлов. Высокая твердость карбидов проявляется за счет ковалентной связи атома углерода с атомом метала.

Наибольшая склонность к образованию энергетически стабильных конфигураций sp3 проявляются у карбидов металлов IV группы (Ti, Zr, Hf ).
Это обусловлено большей донорской способностью этих металлов (особенно Ti) при относительно высоком содержании углерода в карбиде (до 20%). Стабильные конфигурации карбидов атомов металлов IV группы объясняется уменьшением общего числа нелокализованных электронов sp-переходов, смещения равновесия вправо и уменьшения общего числа нелокализованных электронов: sp2 + p ( sp3. Поэтому карбиды обладают повышенной жесткостью кристаллической решетки, определяющей их высокую твердость, теплостойкость и хрупкость [5].

При переходе к карбидам V группы донорская способность металлов этой группы снижается, что приводит к снижению статистического веса устойчивости sp3-конфигурации карбидов и соответственно уменьшает соответственно твердость этих карбидов. Область их гомогенности сужается, в составе наряду с карбидами МС образуются низшие карбиды М2С с гексагональной структурой. Так например, твердость TiC равна 31.7 ГПа, а твердость TaC – 17.4 ГПа, Nb2C – 21 Гпа [5].

У карбидов тугоплавких металлов VI группы (Cr, Mo,W) содержание углерода падает до 6%, снижается число обобществленных электронов, поэтому статический вес атомов наиболее стабильной электронной конфигурации sp3 оказывается очень низким, а свойства карбидов определяются главным образом свойствами d5-конфигурации. Связи d5 более гибкие, чем sp3, допускают упругий прогиб решетки, более свободное движение в ней дислокаций. Поэтому карбиды металлов VI группы имеют меньшую твердость и хрупкость (CrC, MoC, WC), чем твердость и хрупкость карбидов IV группы
(TiC, ZrC, HfC). Так твердость CrC равна 29.5 ГПа, а твердость ZrC – 29.5
ГПа [5] . Карбиды тугоплавких металлов V группы занимают промежуточное положение.

У карбидов VI группы имеются узкие области гомогенности.
Образование карбидов таких металлов связано с сильными искажениями кристаллической решетки металла (Cr) либо с нарушением порядка упаковки
(Mo, W). В следствии этого, у карбидов VI могут возникать и прямые связи C-
C (MoC, CrC) [5].

Нитриды. По своим свойствам и строению нитриды весьма похожи на карбиды, однако, между ними существуют определенные различия. Главное различие состоит в сильном снижении связи металл – неметалл из-за уменьшения ковалентности азота (трехвалентный) по сравнению с валентностью углерода (четырехвалентный).

Атом азота в нитридах, имеющий в изолированном состоянии конфигурацию валентных электронов s2p6 , может быть как донором, так и акцептором электронов. Акцепторная способность азота преимущественно проявляется при образовании нитридов металла IV-VI групп, у которых преобладает ковалентно-металлическая ионная связь. Донорские способности тугоплавких металлов IV группы (особенно Ti) в результате присоединения трех атомов азота приводят к образованию энергетически очень устойчивых конфигураций s2p6: s2p3 + 3p ( s2p6 [5].

Вследствие резкого снижения донорской и роста акцепторной способности металлов VI группы (Cr, Mo, W) для этой группы может проявляться и донорская способность азота (s2p3 ( sp4 ( sp3 + p ) с образованием избыточных (не участвующих в химической связи) электронов, которые снижают температуру плавления этих нитридов.

Хотя особенность конфигурационного строения нитридов переходных металлов (s2p6) свидетельствует о их высокой коррозионной стойкости
(снижение склонности к твердо- и жидкофазным диффузионным реакциям), необходимо отметить меньшую термодинамическую устойчивость нитридов, по сравнению с карбидами. Практически это означает, что нитриды имеют более низкую по сравнению с карбидами сопротивляемость к высокотемпературному окислению, коррозии. Причем, при переходе нитридов металлов IV группы (TiN,
ZrN, HfN) к нитридам металлов V (VN, NbN, TaN) и особенно VI группы (CrN,
MoN, WN) сопротивляемость к высокотемпературному окислению снижается.
Вместе с тем нитриды имеют и свои преимущества. Они более пластичны и менее хрупки, чем карбиды. Так например, предел прочности при изгибе TiN равен
240 МПа, а TiC – 15 МПа [5].

Оксиды. Оксиды обладают твердостью, сравнимой с твердостью нитридов. Так например, твердость TiN равна 20.5 ГПа, а твердость Al2O3 –
19.9 ГПа. Между тем, по коррозийным свойствам оксиды превосходят нитриды.
Хрупкость оксидов сравнима с хрупкостью карбидов.

2. Характеристики одноэлементных, однослойных покрытий.

Характеристики однослойных покрытий, создаваемых на основе вышеуказанных соединений, зависят не только от физико-химических свойств данных соединений, но также и от ряда других факторов, к которым относятся: однородность покрытия, его пористость, толщина, метод нанесения на рабочую поверхность. Последний из факторов играет наиболее значимую роль, определяя предшествующие ему факторы (табл.1,2) [3].

Таблица 1

Твердость некоторых карбидовых покрытий, полученных различными способами.

| | | Микротвердость, |
|Соединение|Метод |кгс/мм2 |
| | | 2500-3000 |
| |МТИ | |
| | |3000-5500 |
|TiC | | |
| | | |
| | РИБ| 2400 |
| | | 3350-3600 |
| |ХОП | |
| | |4500 |
| | МТИ| 2200 |
|Cr7C3 | | |
| | ХОП| 1900-2200 |

Таблица 2

Твердость некоторых нитридных покрытий, полученных осаждением из паровой и газовой фазы.

|Соединени|Метод| Микротвердость, |
|е | |кгс/мм2 |
| | МТИ | |
| | |1900-2800 |
|TiN | | |
| | | |
| |РИБ |1400-4000 |
| | | |
| | |1900 |
| | ХОП | |
| | |1900-2400 |
| CrN| РИБ | |
| | |3500 |

Если рассматривать МТИ, то микроструктура покрытий, получаемых этим методом (Al2O3, TiC, ZrC и др.) непосредственно зависит от температуры конденсации. При температуре менее 600-700 оС структура состоит из мелкозернистых волокон диаметром ( 10 нм, разделенных тонкой сеткой пор шириной ( 1 нм. При 700-1000 оС величина зерна достигает в диаметре 1 мкм
[3].

Твердость покрытия зависит от парциального давления реактивного газа, температуры подложки и потенциала на подложке. Так например, твердость TiC достигает 3000 кгс/мм2 при парциальном давлении реактивного газа ( (1.1(1.3)(10-3 мм рт. ст., температуре подложки 650 оС и потенциале на подложке 0(50 В.

На рис.5 показано влияние парциального давления азота и потенциала на подложке на микротвердость покрытий из TiN и CrN, полученных осаждением в разряде с полым катодом [3].

Если рассматривать метод РИБ, то в [3] отмечается, что в зависимости от параметров процесса при магнетронном распылении покрытие
TiNx (x меняется от 1 до 0.6) может иметь микротвердость от 1400 до 4000 кгс/мм2 (при температуре подложки 300-330 оС).

Зависимость микротвердости TiN от парциального давления азота так же, как и при МТИ, имеет явно выраженный максимум (рис.6).

Давление реакционного газа непосредственное влияние оказывает и на микротвердость однослойных покрытий типа MNx и MC в процессе их формирования. Из Рис.7 видно, что с увеличением давления реакционного газа, микротвердость покрытий возрастает, так как поступление большего объема реактивного газа способствует более полному протеканию плазмохимических реакций. Но при дальнейшем увеличении давления микротвердость покрытия снижается, что обусловлено образованием покрытий, имеющих в своем составе повышенную концентрацию химических элементов реакционного газа, приводящих к дефектности структуры и снижению микротвердости [6].

На рис.8 показано влияние давления аргона, в процессе ионного осаждения, на однородность однослойного покрытия (соотношение между толщиной покрытия на передней и задней поверхностях подложки) [3].

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: реферат на тему життя, бесплатные рефераты скачать, сочинения 4.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8 | Следующая страница реферата