Модифицирование сплавов с нанокристаллической решеткой
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
·вуковым прессованием нанопорошков
Таким образом, имеется несколько методов компактирования нанокристаллических порошков, с помощью которых можно изготовить керамические заготовки с высокой относительной плотностью и однородностью. Последующее спекание таких керамических заготовок позволяет сохранить их высокую плотность и, в меньшей степени, наноструктуру.
2.3 Методы осаждения на подложку
Осаждением на холодную или подогретую поверхность подложки получают плёнки и покрытия, т.е. непрерывные слои нанокристаллического материала. В этом способе, в отличие от газофазного синтеза, образование наночастиц происходит непосредственно на поверхности подложки, а не в объёме инертного газа вблизи охлажденной стенки. Благодаря получению компактного слоя нанокристаллического материала отпадает необходимость прессования.
При осаждении из плазмы для поддержания электрического разряда используется инертный газ. Непрерывность и толщину плёнки, размеры кристаллитов в ней можно регулировать изменением давления газа и параметров разряда. В качестве источника металлических попов при осаждении из плазмы используют металлические катоды, обеспечивающие высокую степень ионизации (от 30 до 100%); кинетическая энергия ионов составляет от 10 до 200 эВ, а скорость осаждения - до Змкм-мнн-1.
Авторы работы (57, 58), воздействуя на хром плазмой, полученной дуговым разрядом в аргоне низкого давления, нанесли па медную подложку хромовую плёнку со средним размером кристаллитов ~ ~ 20 нм; плёнка толщиной менее 500 нм имела аморфную структуру, а при большей толщине находилась в кристаллическом состоянии. Высокая твёрдость (до 20ГПа) плёнки была обусловлена образованием сверхперссыщенных твёрдых растворов примесей внедрения (С, N) в хроме.
Широкое применение нашли ионно-плазменные покрытия из нитрида и карбонитрида титана. Нагрев подложки до 500-800 К позволяет сохранить нанокристаллическую структуру покрытия. Методы получения и свойства покрытий и плёнок тугоплавких соединений подробно обсуждаются в обзоре [59].
При осаждении из плазмы в основном применяют реактивные рабочие среды (смеси аргона с азотом или углеводородами при давлении ~ 0,1 Па) и металлические катоды. Основной недостаток иоипо - плазменного дугового распыления - образование мелких капель металла из-за частичного плавления катода и возможность попадания металлических капель в осаждаемые плёнки.
С помощью осаждения из плазмы можно получать не просто плёнки нанометровой толщины, но плёнки, имеющие наноструктуру. Фуджимори и соавторы [G0] сообщили, что топкие гранулированные плёнки Со-А1 О обладают очень большим магнетосопротнвлением несмотря на их большое электросопротивление. Это уникальное свойство было отнесено к гранулированной металл-оксидной микроструктуре, содержащей металлические наночастицы, внедрённые и матрицу из неметаллического изолирующего оксида. Гигантское магнетосопротивление возникает при наличии сунерпарамагнетизма, поэтому размер магнитных частиц в плёнке должен быть очень мал. Для выяснения этого в работе (61| изучили микроструктуру плёнок с помощью электронной микроскопии высокого разрешения и малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. Тонкие гранулированные плёнки сплавов системы Со А1 О, осаждённые на стеклянную подложку, были получены методом реактивного распыления в атмосфере Ar -1 С) 2 с использованием мишени из сплава C072AI28. Концентрация кислорода в плёнках изменялась от 0 до 47 ат.% с помощью контроля парциального давления О2 в газовой смеси для реактивного распыления. Исследование показало, что гигантское магнетосопротивление в плёнке появляется, когда частицы Со полностью окружены аморфным оксидом алюминия. Микроструктура гранулированных плёнок Cool AI26O1.4 и С052Л120О28 показана на рис. 5 Более светлые участки представляют собой аморфный оксид алюминия, а тёмные участки соответствуют металлическим частицам размером 2 3 нм. В плёнках С052AI20O28 металлические частицы состоят из чистого кобальта Со с ГПУ или ГЦК структурой. В плёнках Со (и AI20O13, содержащих больше алюминия, металлические частицы представляют собой фазу СоА1 со структурой типа CsCl. Значение гигантского магнетосопротивления очень сильно меняется в зависимости от содержания кислорода в плёнке и является максимальным, когда среднее расстояние между металлическими наночастицами минимально. Таким образом, регулируя условия осаждения и, в частности, содержание кислорода в газовой смеси Аг+О2, можно изменять микроструктуру и свойства плёнок Со-А1-О.
а) б)
Рисунок 5-Электронная микроскопии высокого разрешения (HREM) плёнок Co61Al26O13 (а) и Со52Al20028 (б)
Разновидностью осаждения из плазмы является магнетронное распыление, которое позволяет использовать катоды не только из металлов и сплавов, но и из различных соединений, и снижать температуру подложки на 100-200 К и ниже. Это расширяет возможности получения аморфных и нанокристаллических плёнок. Однако степень ионизации, кинетическая энергия ионов и скорость осаждения при магнетронном распылении ниже, чем при использовании плазмы электродугового разряда.
С помощью магнетронного распыления мишени Nio, 75Alo, 25 11 осаждения металлических паров на аморфную подножку получены интерметаллидные плёнки Ni3Al со средним размером кристаллитов ~ 20 им.
Оксидные полупроводниковые плёнки получают осаждением па подложку из коллоидных растворов. Этот метод включает в себя подготовку раствора, осаждение на подложку, сушку и отжиг. Мето?/p>