Влияние условий осаждения на свойства a-C:H:SiOx пленок

Елгин, Юрий Игоревич Научно-образовательный центр Б.П. Вейнберга (НОЦ Б.П. Вейнберга)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования являются алмазоподобные углеродные покрытия, полученные методом плазмохимического осаждения в смеси Ar/N2 и паров полифенилметилсилосана.
Целью работы является комплексное исследование свойств a-C:H:SiOx пленок, формируемых методом плазмохимического осаждения в смеси Ar/N2 и полифенилметилсилосана с приложением к подложке импульсного биполярного напряжения смещения.
В результате исследования были получены кремний-углеродные пленки с краевым углом смачивания с водой до 94о. Установлено, что с увеличением расхода азота N2 происходит снижение механических характеристик получаемых пленок (твердость с 16,3 ГПа до 12,5 ГПа; сопротивление пластической деформации с 196 МПа до 110 МПа).

Введение 12
1. Материалы и методы их получения 14
1.1 Объект исследования 14
1.1.1 Алмазоподобный аморфный углерод 18
1.1.2 Графитоподобный аморфный углерод 18
1.1.3 Тетраэдральный аморфный углерод 18
1.1.4 Полимероподобный аморфный углерод 19
1.1.5 Тетраэдральный гидрогенизированный аморфный углерод 19
1.1.6 Гидрогенизированный аморфный углерод 19
1.1.7 Гидрогенизированный аморфный углерод легированный оксидом 20
кремния (a-C:H:SiOx)
1.2 Методы осаждения кремний-углеродных пленок 20
1.2.1 Плазмохимический метод осаждения на постоянном токе 21
1.2.2 Метод высокочастотного плазмохимического осаждения 24
1.2.3 Плазмохимический метод с использованием импульсного 26
биполярного электропитания
Вывод к разделу 27
2. Экспериментальное и аналитическое оборудование 29
2.1 Экспериментальная (вакуумная) установка 29
2.2 Методы аналитического исследования КУП 31
2.2.1 Измерение адгезионной прочности 31
2.2.2 Измерение твердости 32
2.2.3 Исследование ИК-Фурье спектроскопии 33
3. Результаты исследований 36
3.1. Результаты измерений краевого угла смачивания 36
3.2 Результаты ИК-Фурье спектроскопии 37
3.3 Результаты измерения твердости и модуля упругости 38
3.4 Результаты измерения адгезионной прочности 39
3.5 Атомно-силовая микроскопия 40
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 42
ресурсосбережение
4.1 Предпроектный анализ 43
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 43
4.1.2 Анализ конкурентных технический решений 43
4.1.3 SWOT-анализ 45
4.1.4 Планирование научно-исследовательских работ 48
4.2 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 52
4.2.1 Расчет материальных затрат НТИ 52
4.2.2 Основная заработная плата исполнителей темы 54
4.2.3 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 57
4.2.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 58
4.2.5 Накладные расходы 59
4.2.6 Формирование бюджета затрат НИП 59
4.2.7 Реестр рисков проекта 60
Вывод к разделу 63
5. Социальная ответственность 64
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. 65
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) 65
правовые нормы трудового законодательства.
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 66
исследователя.
5.2 Профессиональная социальная безопасность. 69
5.2.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов. 69
5.2.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия 70
опасных и вредных факторов.
5.3 Экологическая безопасность. 73
5.3.1 Анализ возможного влияния объекта исследования на 73
окружающую среду.
5.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды. 73
5.4 Электробезопасность 74
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 77
Вывод к разделу 80
Заключение 82
Список использованных источников 84
Приложение А 88

Углерод — вещество с самым большим числом аллотропических
модификаций. Атомы углерода могут быть устроены в различных
многоатомных структурах. Алмазоподобные покрытия состоят из атомов
углерода с алмазными и с графитоподобными связями.
На сегодняшний день алмазоподобные углеродные пленки
представляют огромный интерес, поскольку обладают уникальными физикомеханическими, оптическими и трибологическими свойствами, в частности:
высокая твердость (до 100 ГПа), низкая скорость износа и широкий диапазон
коэффициента трения (0,05 – 0,20), химическая инертность, коррозионная
стойкости. Также, для алмазоподобных пленок характерен большой
коэффициент теплопроводности и высокая биосовместимость с
биологической средой человека, что, в свою очередь, значительно расширяет
диапазон возможного применения данного материала.
Алмазоподобные углеродные плёнки применяются в качестве
защитных функциональных покрытий, что обусловлено высоким
содержанием фазы углерода с sp3
-гибридизацией валентных электронов (до
80%) в них [1]. Данные покрытия применяются для увеличения срока службы
деталей, работающих при сверлении, фрезеровании, вырубке, прокатке и т.д.,
где требуется защитить поверхность деталей от износа и выработки,
повысить твердость поверхности детали, а также снизить коэффициент
трения.
Тем не менее, высокий уровень внутренних напряжений сжатия в
покрытиях (> 3-7 ГПа) может приводить к разрушению и отслаиванию
пленки при формировании толщины больше 500 нм [1].
Одними из методов снижения внутренних напряжений являются отжиг
и легирование. В ряде случаев, не все материалы подложек позволяют
использовать процедуру отжига, таким образом, необходимо искать
альтернативные методы снижения величины внутренних напряжений сжатия.
В качестве легирующих добавок, с целью уменьшить количество связей углерод-углерод, в аморфную структуру углеродной пленки могут быть
включены атомы элементов, таких как Si, O, F, N или металлов [11 – 13].
Легирование углеродных пленок такими элементами приводит к снижению
содержания фазы углерода с sp3
-гибридизацией валентных электронов, что
снижает прочностные характеристики пленок. Образование новых связей в
структуре пленки приводит к еще большему разнообразию их свойств, что, в
свою очередь, расширяет область их применения. Наиболее популярным
является легирование пленок в процессе синтеза путем введения
легирующего компонента в состав плазмы [2,4].
Легирование кислородом и кремнием позволяет снизить внутренние
напряжения до величины менее 1 ГПа, что дает возможность формировать
пленки толщиной десятки микрометров. Такие пленки получили название
кремний-углеродные (a-C:H:SiOx) или алмазоподобный нанокомпозит
(diamond like nanocomposites). Для данных пленок характерен низкий
коэффициент трения во влажных средах (0,02 – 0,15), твердость 10-20 ГПа,
низкая скорость износа менее 10-5 мм/Н·м, а также термическая стабильность
до 400 – 450 оС.
Данная работа посвящена комплексному исследованию свойств aC:H:SiOx пленок, формируемых методом плазмохимического осаждения в
смеси Ar/N2 и полифенилметилсилосана с приложением к подложке
импульсного биполярного напряжения смещения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Проведение серии экспериментов по формированию a-C:H:SiOx
пленок при различных парциальных давлениях N2 в рабочей камере;
2. Исследование структуры a-C:H:SiOx пленок, формируемых в смеси
Ar/N2;
3. Исследование физико-механических свойств полученных a-C:H:SiOx
пленок;
4. Выявление зависимостей свойств a-C:H:SiOx пленок от парциального
давления N2 в рабочей камере

Настоящая работа посвящена комплексному исследованию свойств
a-C:H:SiOx пленок, формируемых плазмохимическим методом осаждения в
смеси Ar/N2 и паров полифенилметилсилосана с приложением к подложке
импульсного биполярного напряжения смещения.
Благодаря уникальным механическим, оптическим и трибологическим
свойствам, a-C:H:SiOx пленки получили широкое распространение для
использования в качестве антифрикционных, защитных и износостойких
покрытий. Наиболее распространенным методом для осаждения a-C:H:SiOx
пленок является метод плазмохимического осаждения с использованием
высокочастотного смещения (RF PACVD). Для нанесения a-C:H:SiOx пленок
в работе используется импульсное биполярное смещение, имеющее ряд
преимуществ по сравнению с высокочастотным смещением – отсутствие
систем согласования, большее количество варьируемых параметров
импульсов и возможность последующего масштабирования технологии.
Такой подход позволил получить a-C:H:SiOx пленки с высокими
механическими, трибологическими и оптическими свойствами сопоставимые
с зарубежными аналогами, формируемыми с использованием
высокочастотного смещения.
Основываясь на литературных данных, включение в структуру
углеродной пленки соединений с азотом позволяет повысить
гемосовместимость плёнок. Немаловажным является исследование
механических свойств, играющих важное значение в случае применения
плёнок в медицинских устройствах и инструментах.
– Показано, что включение N2 в структуру кремний-углеродных
а-С:Н:SiOx:Nx пленок позволяет повысить краевой угол смачивания с водой
от 80о до 94о за счет увеличения содержания новых функциональных групп в
плёнках, таких как C≡N и N-H;
– Установлено, что с увеличением расхода азота N2 происходит
снижение механических характеристик получаемых пленок (твердость
с 16,3 ГПа до 12,5 ГПа; сопротивление пластической деформации с 196 МПа
до 110 МПа) за счет образования новых центров sp2-фазы;
– Показано, что с увеличением расхода азота N2, в процессе
формирования пленок, адгезионная прочность практически не изменяется и
составляет 20 Н.
– Показано, что увеличение расхода N2 приводит к росту
среднеквадратичной шероховатости поверхности (с 1,2 нм до 11,1 нм) за счет
высокоинтенсивной ионной бомбардировки растущей плёнки.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Исследование структуры и свойств биоинертных сплавов системы Ti-Nb
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Кальций-фосфатные мишени для ВЧ-магнетронного осаждения биосовместимых покрытий
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)