Microstructure of High Temperature Oxidation Resistant Hf6B10Si31C2N50 and Hf7B10Si32C2N44 Films
dc.contributor.author | Shen, Yi | |
dc.contributor.author | Jiang, Jiechao | |
dc.contributor.author | Zeman, Petr | |
dc.contributor.author | Červená, Michaela | |
dc.contributor.author | Šímová, Veronika | |
dc.contributor.author | Vlček, Jaroslav | |
dc.contributor.author | Meletis, Efstathios I. | |
dc.date.accessioned | 2021-02-08T11:00:27Z | |
dc.date.available | 2021-02-08T11:00:27Z | |
dc.date.issued | 2020 | |
dc.description.abstract | Amorfní vrstvy Hf6B10Si31C2N50 a Hf7B10Si32C2N44 odolné proti oxidaci za vysokých teplot byly připraveny metodou reaktivního pulzního dc magnetronového naprašování. Tyto vrstvy byly dále vyžíhány ve vzduchu až do 1500 °C z důvodu vyšetřování mechanismu jejich oxidace. Vzniklá mikrostruktura byla zkoumána rentgenovou difrakcí a transmisní elektronovou mikroskopií. Bylo zjištěno, že po vystavení vrstev vysoké teplotě dochází k vytvoření třívrstvé mikrostruktury. Oxidová vrstva, která se nachází na horním povrchu vrstev, je tvořena monoklinickými a/nebo ortorombickými nanočásticemi m-/o-HfO2 rozptýlenými v amorfní matrici na bázi SiOx. Spodní vrstva zůstala po ohřevu amorfní (Hf6B10Si31C2N50) nebo částečně rekrystalizovala a nyní se skládá z h-Si3N4 a HfCxN1−x s t-HfO2 u povrchu této spodní vrstvy (Hf7B10Si32C2N44). Horní a spodní vrstva je v obou případech oddělena částečně zoxidovanou přechodovou vrstvou složenou z nanokrystalického h-Si3N4 a tetragonálního t-HfO2. Proces oxidace začíná na rozhraní spodní/přechodové vrstvy buď oxidací oblastí bohatších na Hf v případě amorfní struktury, nebo oxidací nanočástic HfCxN1−x v případě částečně rekrystalizované struktury vedoucí ke vzniku t-HfO2 oddělených oblastmi Si3N4. Druhá fáze oxidace nastává na hranici oxidové/přechodové vrstvy a je charakterizována těsně uspořádanými strukturami HfO2, Si3N4 a SiO2, které slouží jako bariéra pro difúzi kyslíku. Malé nanočástice t-HfO2 se zde spojují a přetvářejí ve větší m-/o-HfO2, zatímco z h-Si3N4 vzniká amorfní matrice SiOx. Podobný princip oxidace byl navzdory odlišnému vývoji mikrostruktury pozorován v případě obou vyšetřovaných vrstev. | cs |
dc.description.abstract-translated | High-temperature oxidation resistant amorphous Hf6B10Si31C2N50 and Hf7B10Si32C2N44 films were deposited by reactive pulsed dc magnetron sputtering. To investigate the oxidation mechanism, the films were annealed up to 1500 °C in air. The evolved microstructures were studied by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. A three-layered microstructure was developed upon exposure to high temperature. An oxidized layer formed at the top surface for both films consisting of monoclinic and/or orthorhombic m-/o-HfO2 nanoparticles embedded in an amorphous SiOx-based matrix. The as-deposited bottom layer of the films remained amorphous (Hf6B10Si31C2N50) or partially recrystallized (Hf7B10Si32C2N44) exhibiting a h-Si3N4 and HfCxN1−x distribution along with formation of t-HfO2 at its top section. The two layers were separated by a partially oxidized transition layer composed of nanocrystalline h-Si3N4 and tetragonal t-HfO2. The oxidation process initiates at the bottom/transition layer interface with oxidation of Hf-rich domains either in the amorphous structure or in HfCxN1−x nanoparticles resulting in t-HfO2 separated by Si3N4 domains. The second stage occurs at the oxidized/transition layer interface characterized by densely packed HfO2, Si3N4 and quartz SiO2 nanostructures that can act as a barrier for oxygen diffusion. The small t-HfO2 nanoparticles merge and transform into large m-/o-HfO2 while h-Si3N4 forms amorphous SiOx matrix. A similar oxidation mechanism was observed in both films despite the different microstructures developed. | en |
dc.format | 17 s. | cs |
dc.format.mimetype | application/pdf | |
dc.identifier.citation | SHEN, Y., JIANG, J., ZEMAN, P., ČERVENÁ, M., ŠÍMOVÁ, V., VLČEK, J., MELETIS, E. I. Microstructure of High Temperature Oxidation Resistant Hf6B10Si31C2N50 and Hf7B10Si32C2N44 Films. Coatings, 2020, roč. 10, č. 12, s. „1170-1“-„1170-17“. ISSN 2079-6412. | cs |
dc.identifier.document-number | 602140200001 | |
dc.identifier.doi | 10.3390/coatings10121170 | |
dc.identifier.issn | 2079-6412 | |
dc.identifier.obd | 43931269 | |
dc.identifier.uri | 2-s2.0-85097289787 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11025/42632 | |
dc.language.iso | en | en |
dc.project.ID | EF17_048/0007267/InteCom: VaV inteligentních komponent pokročilých technologií pro plzeňskou metropolitní oblast | cs |
dc.publisher | MDPI | en |
dc.relation.ispartofseries | Coatings | en |
dc.rights | © MDPI | en |
dc.rights.access | openAccess | en |
dc.subject | Tvrdé povlaky | cs |
dc.subject | vysokoteplotní oxidační odolnost | cs |
dc.subject | transmisní elektronová mikroskopie | cs |
dc.subject | rentgenová difrakce | cs |
dc.subject | elektronová difrakce | cs |
dc.subject.translated | Hard coating | en |
dc.subject.translated | high temperature oxidation resistance | en |
dc.subject.translated | transmission electron microscopy | en |
dc.subject.translated | X-ray diffraction | en |
dc.subject.translated | electron diffraction | en |
dc.title | Microstructure of High Temperature Oxidation Resistant Hf6B10Si31C2N50 and Hf7B10Si32C2N44 Films | en |
dc.title.alternative | Mikrostruktura vrstev Hf6B10Si31C2N50 a Hf7B10Si32C2N44 odolných proti oxidaci za vysokých teplot | cs |
dc.type | článek | cs |
dc.type | article | en |
dc.type.status | Peer-reviewed | en |
dc.type.version | publishedVersion | en |