МИКРОТОЛҚЫНДЫ ПЛАЗМАНЫ ҚОЛДАНА ОТЫРЫП, ГАЗ ФАЗАСЫНАН КӨМІРТЕК ЖАБЫНДАРДЫ ҚАЛЫПТАСТЫРУ

Зерттеуде ҚР ҰЯО АЭИ филиалының Сутегі және плазмалық технологиялар зертханасында әзірленген ПМ-6 қондырғысында плазмохимиялық газфазалық тұндыру (PECVD) әдісімен көміртекті жабындардың түзілу процесі қарастырылды. ПМ-6 қондырғысында алғаш рет көміртекті жабындарды алу мүмкіндігі іске асырылды. СВЧ-разряд қуаты, газ қоспасының құрамы және кремний астар температурасы сияқты технологиялық параметрлердің алынатын жабындардың морфологиясына, фазалық құрамына және физика-механикалық қасиеттеріне әсері зерттелді. Жабындардың морфологиясы мен элементтік құрамы сканерлеуші электрондық микроскопия (SEM) және энергия-дисперсиялық талдау (EDS) әдістерімен зерделенді; фазалық құрам рентгенфазалық талдау (XRD) арқылы анықталды, ал қаттылық Виккерс әдісімен өлшенді.

Плазмалық разряд қуатын 1,1 кВт-қа дейін арттыру және кремний астарының температурасын жоғарылату жабындағы көміртек үлесінің (87,66±5,6 ат.% дейін) өсуіне және тұндырылудың біркелкілігін жақсартуға ықпал ететіні анықталды. Рентгенфазалық талдау басым түрде графитке ұқсас құрылымы бар жұқа көміртек қабаттарының түзілуін көрсетті. Жабын алынғаннан кейін бет қаттылығы 1137 HV мәніне жетіп, бастапқы кремний астарының қаттылығынан (416 HV) екі есе жоғары болды. Алынған нәтижелер плазмохимиялық тұндыру параметрлерін оңтайландыру арқылы көміртекті жабындарды басқарылатын түрде синтездеу мүмкіндігін растайды.

1. Lugo, D.C., Silva, P.C., Ramirez, M.A., Pillaca, E.J.D.M., Rodrigues, C.L., Fukumasu, N.K., Corat, E.J., Tabacniks, M.H., Trava-Airoldi, V.J. «Characterization and tribologic study in high vacuum of hydrogenated DLC films deposited using pulsed DC PECVD system for space applications». Surface and Coatings Technology, 332 (2017): 135–141.

2. Liao, T.T., Zhang, T.F., Li, S.S., Deng, Q.Y., Wu, B.J., Zhang, Y.Z., Zhou, Y.J., Guo, Y.B., Leng, Y.X., Huang, N. Biological responses of diamond-like carbon (DLC) films with different structures in biomedical application //Materials Science and Engineering: C. – 2016. – Vol. 69. – P. 751–759.

3. McMaster, S.J., Kosarieh, S., Liskiewicz, T.W., Neville, A., Beake, B.D. Utilising H/E to predict fretting wear performance of DLC coating systems //Tribology International. – 2023. – Vol. 185. – Art. 108524.

4. Vahidi, A., Ferreira, F., Oliveira, J. Comparative study of dry high-temperature tribological performance of hydrogen-free and hydrogenated DLC films deposited by HiPIMS in DOMS mode // Tribology International. – 2024. – Vol. 195. – Art. 109639.

5. Lugscheider, E., Bobzin, K., Bärwulf, S., Hornig, T. Oxidation characteristics and surface energy of chromium-based hard coatings for use in semisolid forming tools //Surface and Coatings Technology. – 2000. – Vol. 133– 134. – P. 540–547.

6. PalDey, S., Deevi, S. Single layer and multilayer wear resistant coatings of (Ti,Al)N //Materials Science and Engineering A. – 2003. – P. 58–79.

7. Chen, Z., Peng, G., Chen, P., Xia, Y., Li, G. Investigation of the tribological behavior of chromium aluminum silicon nitride coatings via both scratch sliding test and FEM simulation //AIP Advances. – 2019. – Vol. 9(2).

8. Khamseh, S., Nose, M., Kawabata, T., Saiki, A., Matsuda, K., Terayama, K., Ikeno, S. Effect of Deposition Conditions on the Structure and Properties of CrAlN Films Prepared by Pulsed DC Reactive Sputtering in FTS Mode at High Al Content //Materials Transactions. –2008. – Vol. 49(9). – P. 2082–2090.

9. Balmer, R.S., Brandon, J.R., Clewes, S.L., Dhillon, H.K., Dodson, J.M., Friel, I., Inglis, P.N., Madgwick, T.D., Markham, M.L., Mollart, T.P., Perkins, N., Scarsbrook, G.A., Twitchen, D.J., Whitehead, A.J., Wilman, J.J., Woollard, S.M. Chemical vapour deposition synthetic diamond: materials, technology and applications //Journal of Physics: Condensed Matter. – 2009. – Vol. 21(36). – Art. 364221.

10. Rani, R., Panda, K., Kumar, N., Sankaran, K.J., Ganesan, K., Lin, I.-N. Tribological properties of ultrananocrystalline diamond films in inert and reactive tribo-atmospheres: XPS depth-resolved chemical analysis //Journal of Physical Chemistry C. – 2018. – Vol. 122. – P. 8602–8613.

11. Auciello, O. Novel biocompatible ultrananocrystalline diamond coating technology for a new generation of medical implants, devices, and scaffolds for developmental biology //Biomaterials, Medical Applications. – 2017. – Vol. 1. – P. 1–11.

12. Tamor, M.A., Vassell, W.C. Raman “fingerprinting” of amorphous carbon films //Journal of Applied Physics. – 1994. – Vol. 76(6). – P. 3823–3830.

13. Wagner, J., Wild, C., Pohl, F., Koidl, P. Optical studies of hydrogenated amorphous carbon plasma deposition //Applied Physics Letters. – 1986. – Vol. 48(2). – P. 106–108.

14. Schwander, M., Partes, K. A review of diamond synthesis by CVD processes //Diamond and Related Materials. – 2011. – Vol. 20. – P. 1287–1301.

15. Butler, J.E., Sumant, A.V. The CVD of nanodiamond materials //Chemical Vapor Deposition. – 2008. – Vol. 14. – P. 145–160.

16. Konicek, A.R., et al. Influence of surface passivation on the friction and wear behavior of ultrananocrystalline diamond and tetrahedral amorphous carbon thin films //Physical Review B. – 2012. – Vol. 85.

17. Choi, J., Nakao, S., Kim, J., Ikeyama, M., Kato, T. Corrosion protection of DLC coatings on magnesium alloy //Diamond and Related Materials. – 2007. – Vol. 16(4). – P. 1361–1364.

18. Cho, K.-J., Ryu, J.-T., Baek, Y.-G., Ikuno, T., Honda, S., Katayama, M., Hirao, T., Oura, K. Fabrication and Characteristics of Amorphous Carbon Films Grown in Pure Methane Plasma by using RF PECVD //Japanese Journal of Applied Physics. – 2003. – Vol. 42. – P. 1744–1748.

19. Priyanto, B., Saleh, M., Tunmee, S., Euaruksakul, C., Cahyono, Y., Triwikantoro, T., Darminto, D. Fabrication of amorphous carbon thin film from CH4 using PECVD //Materials Science Forum. – 2019. – Vol. 966. – P. 95– 99.

20. ISO 6507-1:2005. Metallic materials – Vickers hardness test – Part 1: Test method //International Organization for Standardization (ISO). –2005.

21. Hassan, M., Qayyum, A., Ahmad, S., Mahmood, S., Shafiq, M., Zakaullah, M., Lee, P., Rawat, R.S. DLC coating on stainless steel by pulsed methane discharge in repetitive plasma focus //Applied Surface Science. – 2014. – Vol. 303. – P. 187–195.

22. Miakonkikh, A., Kuzmenko, V. Formation of Black Silicon in a Process of Plasma Etching with Passivation in a SF6/O2 Gas Mixture //Nanomaterials. – 2024. – Vol. 14. Art. 945.