Tvrdé slitinové vrstvy se zvýšenou odolností proti vzniku trhlin

Abstract

Tato dizertační práce se zabývá magnetronovým naprašováním tvrdých a zároveň flexibilních slitinových tenkých vrstev, porozumění problematiky jejich přípravy a vztahu mezi jejich vlastnostmi a depozičními podmínkami. Text dizertace je rozdělen do šesti kapitol. Kapitola 1 je obecný úvod a obsahem Kapitoly 2 je detailnější pohled na magnetronové naprašování a růst tenkých vrstev. V této kapitole jsou vysvětleny základní pojmy důležité pro předkládanou práci: zvýšená tvrdost, odolnost vůči vzniku trhlin a energie iontového bombardu, což je velmi důležitý parameter pro řízení vlastností tenkých vrstev. Představuje také základní principy a omezení přípravy tvrdých flexibilních slitinových vrstev. V Kapitole 3 je seznam cílů dizertační práce. Experiment je popsán v Kapitole 4 - ta představuje depoziční aparaturu a její fungovaní, kritické parametry depozic a metody charakterizace tenkých vrstev potřebných pro tento výzkum. Hlavní částí práce je Kapitola 5. Ta sestává ze čtyř samostaných studií, které se věnují problematice magnetronového naprašování tvrdých slitinových vrstev odolných vůči vzniku trhlin. První Podkapitola 5.1 se věnuje slitinovýcm vrstvám Zr-Si. Je ukázáno, že Zr-Si vrstvy s vysokým podílem Si připravené pulzním duálním magnetronem mají vysokou tvrdost H 20 GPa, vysoký podíl H/E* > 0.1, elastickou vratnost We > 60%, tlakové pnutí ( < 0) a hustou mikrostrukturu bez pórů. Tyto slitinové vrstvy vykazují velmi zvýšenou odlnost vůči vzniku trhlin. Druhá Podkapitola 5.2 pojednává o slitinových vrstvách Mg-Si a o nitridových vrstvách Mg-Si-N. První experimenty byly provedeny s účelem potvrzení zjištění z předchozí sutide Zr-Si vrstev, že nahrazení jednoho kovového prvku ve slitinové vrstvě sestávající ze dvou kovů polokovovým prvkem je účinný způsob ke zvýšení její tvrdosti a odolnosti vůči vzniku trhlin. Ukázalo se, že přidání Si k Mg není dostačující, ale přidání N vedlo k naprášení tvrdých Mg-Si-N vrstev se zvýšenou odolností vůči vzniku trhlin. Následně byly vyrobeny Si-N nitridové vrstvy. Podkapitola 5.3 obsahuje komplexní studii jejich přípravy a vlastností. Prostor je věnován vlivu teploty substrátu a parciálnímu tlaku dusíku během depozice na prvkové složení a mechanické vlastnosti Si-N vrstev. Je ukázáno, že Si-N vrstvy dosahují tvrdosti až 32 GPa a zvýšené odolnosti vůču vzniku trhlin. Poslední Pokapitola 5.4 interpretuje vliv homologické teploty TS/Tm na vlastnosti slitinových vrstev a spojuje tak předchozí studie. Hlavním výsledkem je ukázaní, že minimální hodnota (TS/Tm)min křivky TS/Tm = f (prvkové složení) určuje optimální prvkové složení vrstvy s nejvyšší tvrdostí Hmax. Toto zjištění je klíčové, protože dovoluje snadno nalézt správné prvkové složení binárních slitinovývh vrstev s nejvyšší dosažitelnou tvrdostí Hmax. Kapitola 6 shrnuje hlavní výsledky představených studiíí. Následuje seznam zdrojů a použité literatury a výčet mých publikací a účastí na mezinárodních konferencích.