Vrstvy Zr-Al-O a Zr-Si-O odolné proti vzniku trhlin

Abstract

Vrstvy ZrAlO a ZrSiO s různým poměrem prvků Zr/Al a Zr/Si byly reaktivně deponovány pomocí AC magnetronového naprašování na vyhřívané, ale i nevyhřívané křemíkové, skleněné a molybdenové substráty s cílem nalézt a připravit vrstvy, které by kombinovaly vysokou tvrdost a odolnost proti vzniku trhlin. U všech sérií vrstev byla stanovena hustota, depoziční rychlost, mechanické a optické vlastnosti, transmitance a (u vrstev se strukturou tZrO2) teplotní stabilita. Bylo ukázáno, že vrstvy ZrAlO s poměrem Zr/Al 2,3 připravené při pO2 0,1 Pa vykazovaly při ohybovém testu transmitanci T > 70 % a odolnost proti vzniku trhlin. Dále tyto vrstvy vykazovaly např. vysokou tvrdost H 18 GPa, efektivní Youngův modul pružnosti E* 150 GPa, vysokou elastickou vratnost We > 70 % a ve struktuře fázi tZrO2. Následující změna poměru Zr/Al 0,3 při pO2 0,07 Pa vedla k přípravě amorfních vrstev, které vykazovaly trhliny při ohybovém testu. Vzájemným porovnáním mechanických vlastností a odolností vrstev proti vzniku trhlin byla stanovena klíčová hodnota parametru H/E*. Pokud vrstvy ZrAlO vykazovaly hodnotu poměru H/E* 0,1, pak tyto vrstvy také vykazovaly odolnost proti vzniku trhlin. Tato teze byla zopakována a potvrzena i pro vrstvy ZrSiO,to znamená, že vrstvy ZrSiO s poměrem H/E* 0,1 vykazovaly opět odolnost proti vzniku trhlin při ohybovém testu, a to jak pro krystalickou, tak i pro amorfní strukturu. Dále byl zkoumán vliv pnutí ve vrstvách a multivrstvách na odolnost vrstev proti vzniku trhlin. Součástí tohoto experimentu byla příprava ochranné vrstvy, která zabránila tvorbě trhlin v křehké vrstvě. V neposlední řadě byl např. zkoumán vliv odolnosti vrstev proti vzniku trhlin na jejich tloušťce.