Tvrdé flexibilní povlaky připravené magnetronovým naprašováním

Abstract

Disertační práce je zaměřena na reaktivní magnetronové naprašování tvrdých flexibilních povlaků a je rozdělena na 9 hlavních kapitol. Kapitola 1 je úvod se zaměřením na energii E dodanou do povlaků během depozice jako hlavního parametru, který ovlivňuje vlastnosti deponovaných povlaků. Dále jsou zmíněny možnosti kontroly energie E. Kapitola 2 ukazuje hlavní cíle disertační práce. Kapitoly 3 - 8 ukazují výsledky práce ve formě již publikovaných článků. Kapitola 3 pojednává o vývoji mikrostruktury a vnitřního pnutí u tvrdých Ti(Al,V)N nitridových povlaků připravených magnetronovou depozicí v závislosti na energii iontového bombardu Ebi dodané během jejich růstu. Bylo zjištěno, že: (1) Navýšení energie Ebi dodané do povlaků umožní: (i) přeměnu sloupcovité mikrostruktury na zhuštěnou, (ii) změnu tahového pnutí na pnutí tlakové, (iii) přechodu od křehkých povlaků s nízkým poměrem H/E* < 0.1 a nízkou elastickou vratností We < 60 % k ohebným materiálům s vysokým poměrem H/E* > 0.1 a vysokou elastickou vratností We > 60 %. (2) Tlakové vnitřní pnutí se u ohebných povlaků může vytvářet v Zóně T i v Zóně 1. (3) Linie korespondující s nulovým stresem ( = 0) leží v Zóně 1 (povlaky se sloupcovitou strukturou). Kapitola 4 pojednává o efektu energie bombardujících iontů (Ebi) a rychlých neutrálů (Efn) dodané do Ti(Al,V)N nitridových povlaků během depozice na jejich strukturu, mikrostrukturu, mechanické vlastnosti a odolnost proti vzniku trhlin. Bylo prokázáno, že: (1) energie E = Ebi + Efn dodaná do povlaků během jejich růstu je klíčový parametr rozhodující o vlastnostech povlaků. (2) Struktura povlaků se mění z TiN(200) na TiN(220) se zvětšující se energií E. (3) Povlaky vykazující H/E* > 0.1, We > 60 % a zhuštěnou strukturu také vykazují zvýšenou odolnost proti vzniku trhlin. (4) Pomocí energie rychlých neutrálů Efn je možné připravit flexibilní povlaky na nevodivém podkladu. Kapitola 5 pojednává o rozdílu mezi plazmovým Up a plovoucím Ufl potenciálem během magnetronového výboje. Je ukázáno, že: (1) rozdíly v Up a Ufl vyústí v rozdílné vlastnosti připravovaných povlaků v závislosti na tom, zda povlaky byly připravovány pomocí jednoduchého či duálního magnetronu, (2) v případě výboje vytvářeného stejnosměrným proudem je velikost Up a Ufl silně závislá na vodivosti uzemněné depoziční komory a (3) pulzní duální magnetronový systém umožňuje vytvářet povlaky s reprodukovatelnými vlastnostmi. Kapitola 6 pojednává o efektu energie E dodané do Ti(Al,V)N povlaků na jejich tlakové pnutí, mikrostrukturu, mechanické vlastnosti a odolnost proti vzniku trhlin. Je ukázáno, že: (1) tlakové pnutí může být redukováno pomocí pulzního bipolárního napětí Usp na substrátu, nebo pomocí pulzního kladného napětí na magnetronech. (2) Vykazují-li vrstvy vysoký poměr H/E* a zhuštěnou strukturu, pak vysoké tlakové pnutí není nutná podmínka pro vytváření povlaků se zvýšenou odolností proti vzniku trhlin. Kapitola 7 shrnuje vliv tlakového pnutí u Ti(Al,V)N nitridových povlaků na mechanické vlastnosti, mikrostrukturu a odolnost proti vzniku trhlin. Tlakové pnutí bylo kontrolováno energií Ebi dopadajících iontů do vrstev během jejich růstu. Je ukázáno, že: (1) tlakové pnutí zvyšuje tvrdost H a poměr H/E*. (2) Povlaky s hustou mikrostrukturou a se zvýšenou odolností proti vzniku trhlin jsou deponovány při Ebi > 3 MJ/cm3. (3) Odolnost proti vzniku trhlin Ti(Al,V)N povlaků je kontrolována jejich mechanickými vlastnostmi, mikrostrukturou a tlakovým pnutím. Kapitola 8 pojednává o formaci tvrdých TiN2 nitridových povlaků. Poprvé byla demonstrována možnost vytvoření TiN2 povlaků pomocí magnetronové depozice. Jsou popsány podmínky, za kterých dochází k formování povlaků TiN2. Mechanické vlastnosti deponovaných povlaků jsou detailně diskutovány. Kapitola 9 je věnována hlavním dosaženým výsledkům.