Structure, properties and morphology of nanostructured coatings solid Ti-Si-N

Abstract

The work presents a comparative analysis of results obtained from samples of nanostructured Ti-Si-N coatings. Element composition, defect structure, concentration of elements throughout the depth of coating and morphology of films were studied using the techniques of slow positron beam (SPB), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Rutherford backscattering spectrometry (RBS), proton microbeam (µ-PIXE), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy with energy − dispersive analysis (SEM with EDS). Results of mentioned above experiments showed that changing the substrate potential during deposition of coatings the stoichiometry and morphology of obtained coatings changes too. After thermal treatment up to 600 °C the formation of two phases: solid solution of TiN, and amorphous or quasi-amorphous α-SiNx (Si₃N₄) envelope was observed. During experiments the grain size did not change significantly, while the extra energy was used for the completion of the spinodal (phase) segregation.

В работе представлен сравнительный анализ результатов, полученных на образцах наноструктурированных покрытий Ti-Si-N. Элементный состав, дефектная структура, концентрация элементов по глубине покрытия и морфология пленок были изучены с использованием таких методов как пучок медленных позитронов (SPB), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), резерфордовского обратного рассеяния (RBS), протонного микропучка (µ-PIXE), рентгеноструктурного анализа (РСА), сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионным анализом (SEM с EDS). Результаты указанных выше экспериментов показали, что изменение потенциала подложки во время нанесения покрытий приводит к изменению стехиометрии и морфологии получаемых покрытий. Кроме того после термической обработки до 600 °С наблюдается образование двух фаз: твердого раствора TiN и аморфной или квазиаморфной фазы α-SiNх (Si₃N₄). В ходе экспериментов размер зерна не изменился, а дополнительная термическая обработка способствовала завершению спинодальный (фазовой) сегрегации.

У роботі представлений порівняльний аналіз результатів, отриманих на зразках наноструктурованих покриттів Ti-Si-N. Елементний склад, дефектна структура, концентрація елементів за глибиноюпокриття та морфологія плівок були досліджені з використанням таких методів як пучок повільних позитронів (SPB), рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС), резерфордівського зворотнього розсіювання (RBS), протонного мікропучка (µ-PIXE), рентгеноструктурного аналізу (РСА), скануючої електронної мікроскопіїз енергодисперсійним аналізом (SEM з EDS). Результати зазначених вище експериментів показали, що змінювання потенціалу підкладки під час нанесення покриттів призводить до змінювання стехіометрії та морфології одержаних покриттів. Крім того після термічної обробки при 600 °С спостерігається утворення двох фаз: твердого розчину TiN та аморфної або квазіаморфної фази α-SiNх (Si₃N₄). У ході експериментів розмір зерна не змінився, а додаткова термічна обробка сприяла завершенню спінодальної (фазової) сегрегації.