Получение и исследование физических свойств металлических покрытий на диэлектриках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ШСТИТУТ ФИЗИКИ ПРОЧНОСТИ И ШЕКШОВЕДЕНИЯ СО АН СССР '

ЕВСТИФЕЕЗ Евгений Васильевич

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ «ЗНЕООК СВОЙСТВ г-^ГАЛЛИЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА ДОЭ1ЕКГЖ«

01.01.07 - физика тзердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание учено!® степени кандидата технических наук

Ка правах рукописи

- 1991

Работа выполнена в Институте физики прочности и материаловедения СО АН СССР.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук, профессор Л.Б.ЗГВВ.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор З.И.ВЕРЕЩАГИН; кандидат технических наук, доцент ВЛ.ТЕПЛО/ХОВ.

Ведущее предприятие - НИИ Полупроводниковых приборов.

Защита состоится 1991 г. в С"час. на за-

седании специализированного совета Л 0C3.6l.CI при Институте дизики прочности и материаловедения СО АН СССР по адресу: 634055, г.Томск, пр. Академический, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института дизики прочности и материаловедения СО АН СССР.

Автореферат разослан__2 6 „и&^Га. _ 1991 г.

/ченыи секретарь специализированного совета

0Е1АЯ ХАРЛТгППРИСТИКА РАБОТЫ

¿гГГГНЫЮОТЬ РАП07Н. 3 созреюнкой промыпленности покрития играет еусест семга, нов возраст ащуз роль. Слои, с треОуекыии аизичес-кких егэкстдакя на поверхности трэдяционвих материалов, расвирыот возикгпоста последних. ¿ля козах кате риалов такие часто требуется

по во рх по с? на?> об раб от :< а.

Неорганические диэлектрик;: оолаз.аюг по сравнения с металлами рядом преккукесгв, такими как коррозионная стойкость, высокая твердость и т.д. Портояу развитие кнагях областей промышленности связано с использогакг.ен от их материалов. Но скрокое внедрение диэлектриков з качество конструкционных »до* риалов часто связано о проблемой их .•■•оталлизаакя, т.о. лрэизео.тстса верхкости прочных металлических

слоев с ззеокоя адгезией. 3 олектронноя промьпзлонности, кроме чисто металлических, трзОуато& покрития с оооэики оптически;.::!, иагнатииха, рс2::ст:'2:-п;:::: :: друп:ч;г сво;:стЕа;гг:.

Тгалиционнкз методы нанесения покрытий па неорганические диэлектрика, такие как гальванохимичесянз, различные варианты вакуумных, ктигание паст, плазкенно-дугозэя, как правило, рэпают конкретнне за- . дечй к ке воегда дают возможность накосить покрытия с требуемыми свойствам»!. Позгоку задача производства покрытий на диэлектриках не теряет сваей актуальности, что заставляет постоянно совершенствовать традиционные методы и создавать новые.

Торцевой электрический взрыв фольги-(Т2ВФ) при коаксиальном расположении электродов валяете» разновидности ■электрического взрыва пооводнккоз. Нормируемые при Т?Б§' направленные высокоэнергетические нногосазные пучки (32КП) является перспективным инструментом обработки материалов с целы» нанесения покрытий.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИХШОЗАМЯ. Цельз настоящей раооти ;.еля~ ется. используя ЗТМП, отработать технология нанесения металлических и оезистивных покрглч«!) на диелзктрические подложки. 3 рамках указанной «ела поставлена следувдие задачи:

I. Лзучить механизма соркировакий при Т?В?;, научиться управлять термодинамическики параметрами и структурой пучков, их сос-

т£бэ1г.

2. Изучить вгапиздвйстгае БШ с свордс:» мкзеекз, «зхжигкз кировакия локретиа к пэрэхэдзой зона гзокрсткз-йзгугехка.

3. Ксслэдогать пиявка 2огдейсгь2& 5?Ш на окксииз А^летр;;^, егучт структура переходных гон, кзтанкзка адгагки.

г». Неследогать структур::, состав, юхакическио и олеЕгтрячесШ) свойства получаемых покрытий.

ОСНОШиВ ЖЖЕНИЯ, ПРЕДСТ.ШйЗЧУЕ К

1. Метод нанесения металлических, композиционных кеталличеекзах к резистнвных покрытий на кеорганкчзсккс диэлектрики при покори га-сокоэнергетических многофазных пучков, формируемых при торцеьзгг олеетричесхом взрыва фольги, нахакизмы Зорннрошя« яокрьгакя к пароходной зоны покрытие-подлодка.

2. Совокупность акспзрилиьтальн-з установленных сю деки:; с структурах, составах, механических к эдекгр5Г4вских свойствах саззю-ыых покрытии к о структурах зон термического агвдод, еззй^х'ог^'х корундовых и цкркониеюя гереюж&х, сст&глгг, дефгде ср их нанесения.

НАУЧНАЯ Н0ВИЗН1. Научна» доездка рабога звглвчгзуся в теорба-, ческом и эксперикеетельнок кссхздох-гйкк г,эхап.:.'5г:зи ^врггрзкйз« при тгв?. Показагз, что мехеигзяи• опрзделяйтса свст^'згзгкэг; страстей тепло за зелгкия в ог дольних ¡¡¿згзжсх ф-олш:, ьгдуцедэг к* кзйг-леш-ш к кспареншз, к деуоркзц;;» вз? гоглжгея с;« Лидорз» ыяоу», с одной стороны, разрусааг просзда-кг, с другой, /сгорим? яро»ук?ы ззрыва. Проведенные исследования по§млвли отработать котодику управления структурой в тертоташшкческши парамгтрамз пучков а завн-симости от таких инструментальных параметров кск материал, пасса, д-орма взрываемой долык» геокетрПй взрыва и келр-звляВДего канала, напряжение зарядки батареи конденсаторов. Исследовано кэаимодейстг;:г формируемых пучков с твердой нипеньэ.

Изучено елнык.'а воздействия ХМ ка окксиые диэлектрик (г;з.:;:-хор, 2Ж, к&ргмкна ка озновз , ситалли, плавленный ккгр^),

прл котором поверхность подложки проплавляется на кскоторув глубкгу 7. наедается кате скалок пучка (за что ответственны пароплазкеннай сронт.л мелкодисперсные сролкие области пучка); ниже располагается зона тоеаинообразованиА, соямигавквй в т вер там непроплавленнон чате гдаде подложки за счет тсркоудара. Зиядлены чеханизки формирования яегвлик « посеходкой зовы покои?ие-подложка. Показано, что алго:-;:/; !'.<и'.осхкзго тжср::ада определяете* шлталенхем его ъ кодлс-дгу.

Показана возможность нанесения композиционных похрытш<, состоящих из соединении на основе алетентоз взрываемых фольг и, ззодчлих з область взрыгз, добавок, адя чего необходимо использовать канал, осуаестэллвзия интенсивное лервмезкзаше продуэтоэ взриза. Доказано, что проводимость наносимых резястизяих покриткк опрелвллетс* каг металлической, тн:: и гголупро во "никошй связью.

ПРАСТЙЕСКДЯ :|Е::НССТЬ РАБОТУ. За основа про зеленных послолош-Hî.'ii создана уето тика металлизации неорганических дкзле.чтрякоь при пошзи 3?Ш, наиссеняя ко»позиционных металлических к резистанс покрытии. Методика позволяет накосить аирокод круг как нет s ял оз, так я окг.елоз, ?руга>: соединения и мс::;ет быть использована в касино-сгэоенда для мггаллазаци» кокетиугцйонных дводвггрлчсских где метров с цельв у.у. дальпзипс:; п-а'лкк, a ?sa:e в «лек? ложнее /".лл производства • прогояяикозих, рззистиеках и других покрытия, обладают споцкельаы-ïr.î свойствам;!.

ЛПРСБАЦКй PAKrTlt'. Г-оиопыз результата работы обсу^далхоъ ха Зоесоззиом оетлнчро ""ногох^знхе поток:; з пл2зхсн:::>,ч технолог;:;:" (19вЧ г., Барнаул), Y Зсееопздс! сотетанхх "Плазгккнхо процесс-' в "аталдургил к технологии шэсгап'.чгсккх матерхглов" ( I9C.8 г., Чозк-за), Хендупародко:: сон.тхлро по зчеокоэиоргеткчоской обработке бист-розакадекпих ¡йторзалоз f 1£?5S г.» Нозосибхрск), I Зс^сопзном каучко--техкической, конференция "Актуальнее? проблемы тохпологли коиттцк~ оввых яагвриалоз " радгокомлонекгоз з :-:икрорлоктроннмх ийорхапиоп-яих система;:" (1990 г., Ялта).

П/БЛ'!КАЦЙЙ. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных эебот и получено'! авгорзкпх свидетельства.

GTPГ:ГГ*/?А !' OPLP'f РАБОТУ. дхссзртевдя оостс:п- из зяэлекхя, че-тиезх глаз, з?;сл!счянк;-, зи'ч&дол, согор"-:::т [тО страниц, ь том чке те

5С сясучков, список ;:::?sra?ysi> :?з Г?? лакхенот^хх;;, ярядккгнйл.

•

■ ocpoprios сой-;- \jîî:e работ:-:

Зо введении дпиа кроткая зсавлкгерасткка ••^оертацяог.коя работ:!, се ектуахькости и нозисни', Сгоонулирозаны оснотые пололения, пгед-стззл^емаз х зените.

В обосса литератур:; по тхха диссертации рассхогсани супестзуз-цие споосбы хакеаекх;) покрыт •ли, задачи рет^ахх; np:i зтои, хатодх ис-сделованк* сэд;стз сачих :îoî-тэхт"й х :г- те холи g г; о^лаатх покрытие -

-подложка, которая определяет адгезия,

К основным свойствам покрытий на диэлектриках, используемых в качества конструкционного материала, отшсятсй адгезионная к когези-онная прочность, устойчивость к тепловым и радиационным нагрузкам. В электронике зажни проводящие и р&зистивные свойства, стабильность при тепловых и электрических нагрузках, существует потвебность в покрытиях со специальными оптическими, магнитными, сверхпроводящими свойствами.

Лль металлизации дйояектриквв Используются различные варианты вакуумных, гальзанохимические, пЛайМйнные методы, метод вкигания паст. Покрытия, наносимые двумя первыми, имеют малую адгезию и в основном используятся з бЛекТрбШКе. Наиболее пирокое распространение получил метод мигания ет8клоео5ёржачих паст, но он не всегда позволяет получать покрытия е достаточной адгезией, не работает чля таких подложек как керамики на езнегэ нитридов, не позволяет наносить гонкие слои I мкм. 3 данном случае, связь между подложкой и покрытием, а также кезкгу частицам покрытий,-осуществляется через стекло, что не позволяет накосить чистые иеР&ляичеекие ояоп часто необходимые в слектронлке, в частности, в технике 031. Кроме того, высокие температуры вяигания ограничивают использование металлических функциональных материалов драгоценными и туго плавкими, а ИФИоаном йто А| , Ла , Мо.

Наиболее универсальными методами нанесений покрытии на неорганические диэлектрики яалыотса плазменные, не случайно, что интерес к ним постоянно повышается. Плазменные методы позволяй? наносить пиро- . кий круг материалов, еклзчэя различные металлы, их окисли и другие соединения. Связь мегсду покрытием и подложкой с ■образованием переходной зоны возникает за счет протекания обменных химических реакций, образования сложных соединении типа шпинелей, мулита или твердых растворов, что обеспечивается высокими температурами з месте контакта и часто наличием ионов наносимого материала. Олнако, плазменные методы также не всегда обеспечивают достаточную чистоту и адгезию Скак правило, в покрытии имеатся окисные прослойки, псочная сВйзь воздакает в отдельных точках); стационарность метолоз иногда является минусом, в частности, пои работе с керамиками на основе нитридов.

Пси электрическом взрнве металлического пповолника (ГЗП) образуется' многояаэные высокотемпературные .пучки, имеющие в своем составе капли, пар, плазму. Торцевой электрический взрыз фольги ГТГУО при коаксиальном расположении электродов > аляется разно вил ностьп ПЛ.

к.

Б такой геометрии «згнитодинвмгпеские силы, проявляющие себя аналогично в коаксиальных плагненных ускорителях, приводят к скоростям разлета продуктов ззрывз -¡остигакдим десятков километров в секунду, формируемые при Г?3* направленные лысокоэнергетические многофазные пучки. (3SMÍI) в стдичйо от плазменных имавт высокую плотность, передаваемая ими мощность достигает ~ Ю^ Зт/cir, за счет чего в области воздействия на мишень развивается температура К. Работа по

T¡?Bí, формирование зые о коз нергет кчес ких плазхекных пучков о цельа изучения по >:е,тения материалов при плазменном воздействии л поводилась на кафедре с-кзикп Сибирского металлургического института С г,Новокузнецк) i конце шестидесятых годов, 3 оснозном работа велась на сталях м ионных кристаллах. Кспсльзозаияе 5?МП пли нанесен::» на ли-плзктрики покрытии на основе материала взэывэеных фольг, требовало лольнекоей разработки методики.

Анализ литература показывает, что несмотря на большое количество методск rjpotísBO-стза на диэлектриках пократкй, удовлотворяяпих вирохоку cresrpy преьнзлчекнх к ним требозаикм, з зтэм вопросе остается нересенние проблемы, что заставляет постоянно совеозекотзо-вать традиционные и разрабатывать новые. Наиболее бурно в частоj^ee время развиваются и сззерзенствувгся плазмениыо методы, негостаточ-ное внимание уделяется кмяульсньм.

Вс.ЧП, аор^нруемае прк , до сих пор не наели вирокого прхт-ьони.я. О тнаго, о б.i а да;, вескими термодинамическими параметрами, огл: представляют интерес как инструмент ДЛя наносення пскригий. 3 связи с отим з дачной работе поставлены загачи:

1, Создать метогяку налезет* "металлических и рэзистичных покрытии на неорганические диэлектрики, используя '-f'ET. 7м этого необходимо изучить »."¿ханигсы готсирозвдоя Вс'Ш прз Т?ЗГ, отработать /правление термэдкна.чйческхни параметрами и структурой пучков, их составом, изучить взаимодействие 3?*Я с твердой -пжень», механлякы рор>»и-розаняй покрытия и переходной гона покрытие-подложка.

2, Из/чить зличкпг воз .девств/я X'fil на окизнпе iколектрики, ис-с."едевать стр/ктуоу пзряхогных зон, ''охакизи^ адгезии.

3, Исслегодеть отз/хт./оы, состав, •.:еханн«ез?!:е и ■■лектрическле сьз;<,с??л г.случа?М!.и ¡:пкр^т'/.1<.

''оханпзмы гоякяроышл 3?''Л при 'Г? ВТ, к у. структура и терколкна-•■'хчоскиг" п.зоамет пы зависят от таких инвтручевгзпьних параметров как •■ласа и i: о -га пг пы.ъие>'о:; фольги, радиусы Q и Ь п.ен^рзльного и внешнего рл;ктго-а ссотгстптгеько, гэдчетез*, канал?;, расстояние соэз канала - \'иг;энь, напс->-гние с а с .i г к батареи конгэпсатороз U . Изуча-

лось вваяиояэиотвйв ЗЭЧЯ с твердое мияеныо, механизмы нормирования покрытия, возникновения переходной зо;ш покрытие-подложка, адгезии. Описана работа по оптимизации пучка с цель» производства покрытии на диэлектриках.

Гксперимзкты, проводимые на установке, представленной на рис.1, показали, что воздейств/вздй на мипёиь в?МП, имеет пароплазменнн« гсонт, распространяющийся со скоростью ~ 1С м/с, центральное мелкодисперсные области (кластера, золь) и крупкоднеперсныв тилы, состоящие из жидких капель и икевдие скорость ТО3 м/с. Качественны;-; математический - анализ ггоказива-ет, что разрушение и измельчение 4одьгй при коаксиальное геометрии взрпва происходит под действием двух факторов: 2а очег дао-улеез тепла, приводящего к прогреву, плавлению и испарений проводника, и за счет деформации под лейстзкем сил Ампера, 'действующих зяоль оси система в противоположную сторону от подвэдь--ИНХ электродов и ускорявших продукт взрыва. Механизмы формирования пучка определяются отношением скоростей действие этих двух секторов, которое различно длй различных элементов (голый и определяетеа вышеперечисленными инструмент а льничи параметрами. 3 случае плоской, однородной по толзине круглой дольги источником наиболее мелкодисперсной высокоэнергетической составлявшей пучка являютел центральные области сольги, крупиодисперсные тылы рождаются на п&рисерии. Гто обусловле--но тем, что плотность тока через кольцевое сечение (¡ольги максимальна иа радиусе Г » й , к центру она уменьчаетсй ~ Г ( в предположении рав1-:о:-'еокого распределения тока по центральному электроду), при Г> - ~ £/Р • Поэтому с области Г = О. к центру и к периферии будет раснпостраньгься волна плавления и за ней волна испарения. Чаг-китодинамическое давление на кольцевой элемент дольги площадь» = 2лгёг , задаваемое как с!РА / , также максимально на

Схема установки

1__1 И

С - батарея конденсаторов; ? - вакуумный разрядник; К - канал; М - мишень. Рис.Г

Р= О. , - 1/Г2 при Г>а , ".Г2 при Г-й а . 3 областях Р" «■ й • созданы условия зозншшовеиид наиболее мелкодисперсной и високоснер-гетичеокой состазлйкпен пучка. Над центральным электродом выделяется дополнительное тепло за счет сопротивления контакта, поэтому там в основном будет работать тепловой механизм разрушения фольги и газодинамический механизм разлета продуктов. При ^>0. механизм разру-пений может бэть различным, В зависимости от инструненталышх папа-метров в^деляатся режи:: распыления проплавленных элементов под действие!: сил Ампера я ражим :ггутообразозаняя. Анализ взрыва показывает, что для получения 3?НП, в составе которого отсутствует крупные капли и даже слегка подплазленниэ частици сольги существуют ограничения Ц к Ь сверх/ и О. снизу.

При- деформации фольги появляется осевая составлявшая тока, что ■ приводит к возникновений раглалмщх сил Ампера. Поэтому больпув роль в формировании 33:51 играет геометрия ханала. Материал фельги на периферии разбрасывается на стенки к двигается, по ним потокам:. 3 самого кспользодались три типа каналов, сиены которых продетззлелы на р>:с.2. Зтеперикеитн а каналом типа I позволили по структурам покрытия, наносимых на металлические подложки, проверить теоретические -лкладки с структурах сормир/емых пучков з зависимости от II , зафиксировать ролика распыления и кгутообраьования, ре'хнм кристаллизации покпиТИй из расплава, подлерхииапщегося на поверхности миаени

время воздействия. Канал тина П позволяет сфокусировать пристеночные потоки и сформировать плотный поток кичких капель. 3 канале типа 2 осупествлистсл локализация области ззрыга с истечение?? продуктов по узкаг/ тправлйхсему капилляру. ?то приводит к яерекгвизаняв пгэлуктоэ взрива, 'лучпеку их прогреву, участия в разлете газодинами-••ел.тах сил, содержание пара в пучке позовется, /ГагаШ канал концен-••¡•':'руст капельнуп составлага/» в узкой центральной области, осуязст-

сепарацию л/чка.

Типы каналов

"■■1- 1\

\ \

\| \

N \

\

К

Особенности воздействия на твзрдуп киаеул ВЗНП» Сфориирвйаниих в канале типа-В, изучались по оледам на стеклянных миаеня*. Установлено, что при .воздействии газовой и мелкодисперсной сосТ&вДяВДЗй, 05 подложки отходит отраженная ударная волна, аа сч&Ь которой данные составляющие соскальзывают на периферию, образуй .там на подложке пленку конденсата. Между отошедшей ударная годной и мииеньв создается область с высокой температурой и давлением. Крупнодисперсная со-ставльгцая пропивает эту область и взаимодействует с подложкой.

Зрек-знкая структура воздействуюиего ВРШ, его термодинамические параметры имеяг большое значение для формирования высококачественных покрытии, обладающих" высокой лрочЛстьв сцепления с подложкой. Паро-плазменный фронт не участвует в форкнроЕанни самого покрытия, по крайней мере в областях шшеий, расположенных непосредственно под срезом канала. Но он создает ударно-саагуи область, температура в которой достигает «* ю'1 К. Таким образок, фронр актиеивир/ет обрабатываемую поверхность, разогревает к подплавляет её, а также очищав от нежелательных примесей (испаряет и ед^вазт на яерщерие). Натекающие следом мелкодисперсные йродукты-взаимодействует с уже "подготовленной" поверхностью, что создает условия проникновения наносимого материала вглубь мивени, протекания химических реакции. Со временем размер натекающих продуктов увеличивается, капли с редких областей пучка продоЩавт иасшать пераходнув зону и начинают формировать само покрытие. Окончательно покрытие формируется к'рупнодиоперсныы-л тылами, капли которых взаимодействует (сплавляются как с уже Осевшим продуктами, так и, расплющиваясь, между собой, покрывая йодлое-ку сплошной пленкой. Моделирование воздействия пароплазкенной к мелкодисперсной составляющих, формирующих переходную зону, можно осуществить ¡ГМП, сформированным при малых толщинах взрываемых фолы, малых Ь- и высоких и . Для производства покрытий в составе ВсМП необходимо наличие капелькой составлявшей, что достигается соответствующим изменением инструментальных параметров. В то же время .установлено, что слизком ¡срупние медленные капли, пристеночные потоки, скорости которых 2С0 * 400 к/с, нарушают сплошность покрытия, и от них необходимо избавляться, В идеальном случае пучок должен быть компактным, постепенное укрупнение катекаюдих продуктов должнЬ сопровождаться подводок энергии достаточной для поддержания расплава только самого приповерхностного слоя (жидкой пленки); оседающие продукты привариваются К расплаву, сами составляют жидкую пленку и передают эстафету следующим. Если само покрытие полностью закристаллизуется из расплава, оно будет максимально плотным. Таким образом,

задача нанесения конкретного покрития На дайну» подложку сводится к задаче оптимизация В5Ш*

.Для неталлиззции диэлектрякоз было предложено на нот ь форму фольги. 3 частности, используя срольгу © виде лучей постоянной толщины, расходящихся иа центра, можно варьировать соотноаение скоростей разрушавших'факторов и добиваться условий, при которых в. пучке отсутствует крупные капли, сан оч достаточно компактен и однороден по всей площади воздействия. Ноилучяии результат был достигнут с каналом типа Г и центральна» олект родом с конусообразной кадстазкои, завинчи-гатаейся сверху. 3 данном случае фольга нарезается в виде полосок, что оозтает экономна, одни конца их загямаптоя внутри'удлиненного центрального электрода, другиэ - ^арифорийвим. Количество и аиркна яслозок, а таиэ ях материал можно варьировать как угодно, можно ис-лользогптз» проволоку.

. Fstfors вэ оптимизации структура и термэдкнаиических параметров позволяла решить ряд задач металлизация диэлектриков, таких как корагпкя поликор, 22ХС, т-орстерэтовзя нз основе 2гОг , пье-

зо'керамлка ПК?-7;{, сигалла С7-50, СГ-32, H-I4, кварц. Методика была опробована для керяетов ("о > Àls0})> Sl5?J,,> гранитовых уплотни-телышх колец, системы грабит-гранит. Использовались металлы At , h . Си , Но, /п , 71 , а такхз /Л - Сг .

Металлографические, электровдонккроскопическксь реэтгенофазо-еый, кзхЕническиа исследования покрытия на диэлектриках, наносимых . методом В2МЛ, позволили вьгяз.чть влияете воздействия ECHU на окисшие • диэлектрики, структуры переходных зон докрытие-подлоака, механизмы адгезии, состояние материала локритий, установить оптимальные режимы нанесения.

Основные исследования проводились на подложках пели ко р и 22ХС, изучались таете керамика ,на основе Zr02 ; стабилизированная окисью иттрия, скталл СТ-5С, лигой изарц. Обработке подвергались полированна поверхности. Из материалов покрытии наибольший интерес представляли M , 71 , Ni . Для дормирования п/чка использовался канал типа X и центральная электрод с надставкой, взрываемые i,-acca' составляли s30 мг. Варьировалось напряжение зарядки конденсаторов U от I до 1,0 кЗ. Исследования показали, что при низких U покрытия наиболее шероховатые и пористые, их толдины мкм. При повыаешш U они становятся плотными, при зисоких U каблтиастся реким кристаллизации покрытий из расплава, то линии - Зг-5 жм.

Являясь хрупкими материалами, неорганические диэлектрики плохо переносят механические учары, что заставляет с осторожностью отно-

скться к ишульска«, икаекознэргегичезкйм методам их обработки. Отработанная технология металлизации воздействием 2?УГ1 яоааэлила нано-' сить покрытия на тонкие пластинки толдинсй ~ С-«5 iffi lis корундовых керамик и даже ситаялод без их разрусвния. Исследования на трехточечный излом пластинок пожара и 22ХС толщиной 1 им ке ааяшля изменения их прочности после обработки, напряжений излома при взех U лежали в пределах диапазона, задаваемого данными по необработанным образцам.-

Металлографические и элестроннохйкрзекопйческие исследования образцов проводились на косых шлифах я на плитах с поверхности, глубина сошлисровки последних контролировалась оптиметром. Структуры подложек выявлялись путем травления а кинядей оргод-ое^орндй (йЭЖ-кор, 1гОг , ситалл, кварц) и плавиковой (22ХС) кислотах, /стаковлё-но, что з случае кристаллических подлогек непосредственно к покрх/Шк примыкает зона проплавления, в которой в рассеянном состояния Находится материал покрытие.. Глубина зоны проплавления ^Ля Поликора от 2 до 5 мки, для 22ХС от 6 до У мкм а зависимости от U , 3 йбкз яро-плавления поликора концентрация титана при среднеэнергетическшс режимах нанесения в зависимости от глубины задается есотнозэнйем: п= а, - b,d* . где й, , ь, , к - константы, О 4. К < I. Контактная граница покрытие-подложка при малых U идет по слегка расширенным, -за счет проплавления, границам зерен (хорошо видно для шликера 5! 22ХС), при повышении напряжения появляются впадины или участки металла, заходящие вглубь, максимально до конца зоны проплавлена»» граница становится развитой. Зсе ото указывает на то, что для кристаллических подложек за возникновение зоны проплавления ответственны высокоэнергетические пароплазменнвд $ронт и мелкодисперсные области пучка» образование шадин связано с внедрением в расплав мишени первых крупных капель пучка. Теплоотвод идет вглубь мишени и при уменьшении подводимой пучком мощности (подлетают тылы) q-ронт её кристаллизации двигается к поверхности. Подлетающие позже капли внедряется на все меньшую глубину и самые крупнодиеперсные тылы, несущие оснознув кассу пучка, не проникают в глубь мишени, формируя покрытие. При взаимодействии капельной составлявшей пучка с расплавом мишени полного однородного перемешивания материалов не происходит. Глектронномикроскопичзскяе исследования, позволили установить толдину слоя истинного сплавления поликора с титаном, наносимым при средних U , которая составляет ~ j цКм. Сплав материалов, вероятней всего, представляет собой бесотрукт/риую смесь, хотя, в случае титанового покрытия на корундовых подложках, рентгенод-азовац анализ не Ю -

исключает наличие ш:зшго: окислов 'гстаиа. Для ч'лсто кристаллических ' подложек, таких как поллкор, '->С?; гяад'лпы штвлла не связаны между собой, для 22ХС они соединяется по мсазерэшгн пространствам, первоначально заполнении стекгои, я структура и-Шфа о посзрхности й данном случае напоминает керкьу, '. ; ..• :

7 стеклянных поддо:хек (ситалл, кварц)' иэлоородсТЕЗН'но к покрытий примыкает зона размягчения, которая не касьгцается патериадои пучка, контактная граница подложка-покрытие ровная, без гладки. В данном ал/чае зона размягчения'возникает после окончания воздействия вучка, прзпдавленйыа дронтом слой (материал с низкой злзкостьв) пол-•.¡ос?Ьй переценивается с наносимым материалом, поэтому слой истинного аплазленкя имеет болызуя толокну и оценивается величиной Ю шт.

I всех йсоледуемых подлояек под зоной проплавяэкня располагается зона тредйпообразования, зозвикавцая в т верном кэпропяавяенном матеря а Подлежи за счет тзртоудара. Для пояихора $ОЗД1йа еЗ ст б до 3 кем, для 22ХС от 9 до 12 н::п з зависимости О? II » у данных подлонек здСйЬ наблюдается ослабление когезии, ОСОбвтЮ ярковыракен-ное у поликора. Для последней подложки характерным размер зерна 50 ккм, непосредственно под зоной про плавления наЗзздаетйя измельчение зерна.до характерного размера ~ Ю мкм, располагается область пластической деформации путем деойкикоеэнйя. Измельчение проникает вглубь ¡15 границам зерен и доходит до максимальной глубины 20 мкм (от пойрьКНд). У 22ХС проплавдение (размягчение) стеклянной езязки происхоайт на больпуя глубину чем корунда, здесь наблюдается' область ' частнчнвго проплавления, в которой структура керамики не изменяется. Истинная зона треаинообразования с ослаблйпнем когезии располагается 'ниже, в ней «редины идут по стеклу, зерна корунда везде остаются ,це- . лыми» Таким образам, стекло демпфирует термические напряжения, его '.- Г; наличие сегет к угдубя&виа а они термического влияния, но уменьшает е^сект ослабления когезиа а эокэ трецинообразования.

1 керашш! на з области трэщинообразования кэ происходит

значительного ослабления корезиа, травление не вняешг значительных, структурных изменений а зоне термического влияния. У стекол па воз-никпие трешины накладываются поры, выдавливаемые из зоны размягчения, / скталла травление выявило сетку трещин в зоне размягчения.

Таким образом, механизм соединения покрытий с исслочуемшм под-лежками можно охарактеризовать как" вплавление. Прочность сцепления будет максимальной при глубоком вплавленки, для кристаллических подложек ото будет характеризоваться большим числом впадин, которые дополнительно как гвоздики будут держать покрытие. Данный эффект мак-

синален при.высоких; U . С-таив зрения внесения s-немою; минимальна?^ разрушения предпочтительна« является низкоенв ргетичеспш режим. ; Таким -oópeaoiy опгктлъти ¡ищем; «анвмяв* яокригки является сред-неэнергетичеокцЗ| прй котором не происходит значительного ослабления когозин материала в припоеорхностном слое подложки, в то же время ' седэкты лплавленяя достаточны, Кроне того, само покрытие достаточно плотное... ; . ; : '

' Ланний вуеод подтверждаете» экспресс-анализом на адгезис и. ко-■■ геэив 'npipltfW»' v¿póводимый 'и?,котоду царапания; для корундовых под-' ' ложек■проводились иопигания на нормальный отрыв по клеесэр методике, поз волязкио ó точностью ре. хуже 20í получать, вое производящие реэуль-' таты.для'.на^даенйя^отрмва G до ММШа (рис.З). Данные окоперинен-'тов свидетельvssjют¡ 'что на вазяих И сако покрытие слабо оцепляется ■ о-подложкой»' на высоких - разрувение идет по зоне трецинообразОшанин. При средних U . <Г достигает иаксимума, при бтон отслоение ст 22ХС смешанное, включая когезяонноо разрупание саного покрдаия и разрыла по'клеи ¿для полккора отояоеиио гсогда идет по подлеске, по зоне,измельчения зерна» Максимальное о зля поликора для всех металлов покрытий «30 Ш1а, для 22ХС > W МЯа, для пьезокерзмщеи ПКР-7М и K-I4 - 25 Ща. Ркспресс-аиализ показал, что прочность обработанной ; циркониевой керамяхи всегда шле прочности покрытии, нанэоимых даяэ' 'при высоких U .. /^авясиность 0(11)

g §

30

го

ю

/-1 Hs

, 1. ,1 V

d е: S to"

30

Q

|Ч

а

20 Г

ir

i

'И,к»

Г 10L 1

V

X

tt ^ Лг , 6

. поликоре; 2 ^ на 2Ж.

. -Покрытия:

м

подлокки: кривая Г -на

- Vi".;. ' ■*''" Рис.З

рно^азоаыл анализ локрытий на корундовых подложках не за-¿йкеирр'ва*'. появления1 новых' фаз 3 в самих подложках. Титановые ..покрытия характеризуется большими искажениями решетки и, возможно,

сащю шонздптой кислородом; зафиксировано наличие новых фаз,' око-рей всего, низших окислов титана. В никелевых покрытия* зафиксиро- : сака новая фаза» типа фазы о дефектом упаковки.,/ •

Кройе металлических однохомлотпчшх покритии. прадлагаедаН; : метел яоэволяöt наносить композита пучксы,/сформированию« при одно-' временном sspüBö фолы* различных ^алдба,-.что'показано иа системе Tl - М . Было установлено, что для получения слоев, в состава которых преобладай? интерш?алдиды, необходимо использовать какал типа П, который локализует продукты взрыва в пространство, хорошо переке-аивает их, приводя t интенсивному протекшшв химических реакций. Состав ПбкрыТНИ варьировался путем изменения отношения взрываемых касс. Образование наиболее простой фазы lif'i каз основной является' следствием импульсностн процесса, недостаточного дробления продуктов.' 'взрыва и'их перёКеЗйЕакия. но прнншютахьи»'возможно повысить содер-satfiie s покрытии более сложных соединения И2/Л й "Л/Лj' . . "

Путец зга16ни* в область взрыга порошкообразных, звдких п других добавок шгсно варьировать хнкячесггай состав пучка. .Вйсдкио температуры в области взрыва и на мивенп, кагнито- и газодинамические с или приводят к плавлении, дроблении и уакоренио как азрываидихся проводников, так и добавок. 3 сформированном таким образом пучке, создамся условия протекания химических реакций в саком пучка и па . . подложке, что позволяет наносить покрытия йа основе различных ез-ществ. Сравнительно несложная технология метода БЗШ для создания пленочных резисторов на основа композиционных покрытия» их хоропкл адгезия к диэлектрикам делают его весьма перспективным.

Основная работа была проведена по пленкам•системы <

которые наносились на 22ХС пучком, сформированным в канале типа Ш при взрыве двух алюминиевых фольг толщиной по Ю мкм каждая, слонен-,' них вместе, между дани взодился окислитель - Зй% водный раствор Нг0г , взрываемая масса фольги s ICO иг. Данная система бала выбрана по причине высокой химической активности алюминия к кислороду, что позволило менять относительное содержание Л£з03 в иврокои диапазоне. Как отмечается в литература, между алзкиниеи в ого окислом лежит область с высокой электронной проюдимосФья, поэтому сиоТОка АР-АЕ^О^ , получаемая методом 32 МП, должна представлять из себя ' систему: металл плюс полупроводник плпс диэлектрик. Такие ревистив- ' ные системы являются более предпочтительными по сравнении с керке-тами.

На рис.2» пречставлена зависимость удельного поверхностного сопротивления ^ наносимых слоев от Ы и массы окислителя и? . Рентге-

йо^взовый-енииз показал, что они состоят из чистого аланани* и фа-■зц - ЛЕг 05 . Кривая зависимости относительно!! высоты основного пика слииишя ИХ, характеризуемая содержание чистого металла, от р не имеет «рковырахенного излома, характерного для двухкомпонентных 5 систем н по виду ближе к аналогичным зависимостям для многокомпонентных систем, включающих полуп-роЕодкики, На обсукдаемоя зависимости характерным является население криво» спада концентрации алзки-нип к величине 0,15. при ^^ 1С3 Он/о ЭДо объясняет возрастание дисперсии результатов при получении ьысокоокных резисторов (рис,4), Зависимость■ ^(Ц) покрытий Зависимость ^ 'поверхностного

,,системы А1 ~ при * титанового кермета от глубины

разных массах.' окислителя соллигтовки

f с5

_vi

(V

2

10

/

1 Z,

-л \

10

i ■ I

i

1,2 1,4 ЦкВ

I - ni = 2С мг, 2 - т - >Ю мг,

3 - m = 60 мг. Рис.5

■

йсследозш'кя электрических свойств показали, что покрытия с 100 Ом/О ооладает чисто металлической проводимость в, на что ук!зывают линейность их. вольт-амперных характеристик и положительные, не зависящие от температуры и прокладываемого напрякеки;-, температурные коэффициенты сопротивление (ТКС). .У покрытий с минимальным ; С- 0.02 Ом/d) ТйЗ к 12»Ю"^ Г1, что в три с лианкм раза, кзкь-taoV чем у массивного аланинкя; с увеличением сопротивления покрытия их TKG уменьшается (в пределе более чем на лорядск) и при ^ ТСС Ом/О свойства металлической проводимости на суй акте я. ?лектрическ::е свойства резисторов обуславливается наличием s их составе ди.рлект--

В

ричееких прослоек снеоел алпкинкя с его окислом, ка что указывает металлографически; анализ. Тонкие дколектричеекко прослой::;! более харютерны для ккгкоокных покрытии, для еысокоо!.яшх характерны екз-ск.

Копиганзя, проводимые л течение ICO часов при удзльгах мощностях. эыделякздхся па резисторах m 20 Dt/cí-г за счет протекаете го по ним тока, показали хорешуя стабильность электрических свойств резисторов при больих электрических нагрузках. Псслз испытания отклонение ç от первоначального значения ко превосходило За.

Работа, про веденная по система» 71 Ti G¿ и Си Си О? , покрытия из которых накосились на 22ХС по описанной выло методике, показала их перепестяшость для~прокзволсгва газкоомннх резисторов ( 2 - 0,01 f ГС Ом/о). Покрытия 0< СцО- пмевт нпзкгш ТКС

JîO-^ ~ Ю^ 1ГЧ *

Кроме резасгиивих покрыт!:!; систем металл плкс окиезд, била отработана технолог;:;, производства погзрхнсстного керкгта, получаемого позерхностной созлифогкои титанового покрытия на 22XG, типичная зависало".'!, ^ которого от ГЛ/бикы содлифохгк: , прздетадлепа tîa pue.5» Достоинствами поверхностного кериета язляптся прочная oikSb с подложкой, устойчивость s температурным перепадам, компактность . Однородность соалкфовкн по плозади задавалась применением специальной струбцины из 22ХС, глубина с точностью 0,1 м;-;м контролировалась оптиметром. Истинный кермет' имеет место в зоне П рисунка 5 мкм, 2 4 Q ICO Ом/О), точность подгонки в стон

диапазоне была не хуке ¿I Ом/Q да»с? на максимуме Q • Исследования электрических свойств показали, что кермета обладают металлической проводимостью, до Ç ~ 10 Ом/О их ТКЗ примерно .в три раза меньше, чек у массивного титана, в диапазоне от Ю до 100 Ом/п TKJ падает на два порядка. Гксперименты показали xopoayD устойчивость характеристик керметоз к высоким электрическим нагрузкам.

Проведенная по резисторам работа показывает перспективность использования ЗТМП для синтезирования на поверхности диэлектриков покрытий сложного состаза. Дальнейшее развитие предлагаемого метода '-•оже'г бить направлено на создание пленок,, содержащих кэ только чистые металлы >>, их окислы, но и нитриды, карбиды или более сложные ■ соешмения, пленок, обладающих специальными оптическими, магнитными

или сверхпроводящими свойствами.

3 приложении представлены акты внедрения разрабатываемой методики ЗГ'-Ш*

: : ; 'В Ы 3 О д ы

, ;,• Проведенная работа позволила создать новую нетодику получения однокомпонентных металлических, композиционных металлических и ре-зистивиых покрытий на неорганических диэлектриках, На основания выполненных в данной работе исследовании слелани следувзие выводы:

: I. Воздействующие ка гелаекь васскоэнергетические кногсаазные пучки имеет пароплазмзнный аронг, двигавшиеся со скоростьв 10^ м/с, средние мелкодисперсные области и крупнсдисперсные тылы, состоящие из жидких капель и имеющие скорость ~1С3 м/с. Временные и • пространственные структуры воздействующих пучков, их термодинамические параметра,,соотношение гсаз определяются материалом, формой и размерами взрываемой ссольги, диаметрами подводящих электродов, напряжением зарядки батареи конденсаторов, расстоянием срез канала -- яиаень, а также геометрией какала.

2. Пароплазиенный фронт воэдеИствужего пучка за счет высокой "энергии разогревает и'подплавляет поверхность подложки, натекающие

следом мелкодисперсные продукты внедряются з расплаз, легируют поверхность. Само покрытие формируется при Еозлейстаик крупкоднеперз-ных. тылов, капли которых вплавляются, в подложку и сплазлявтея иеяду собой.

3. Зона термического влияния, возникающая в окисных дивлектри-ках/при их обработке, состоит из примыкающей к покрытии зоны про-плавления для кристаллических и зоны размягчения для стеклянных материалов; нп:;;е располагается зона трединообразозания, возникающая в твердом нспропяавленном материале подложки за счет терксудара.

Опткиальными режимами нанесения покрытий на дигхзхтркки является среднеонергетическиб, при которых достаточны эсгекты вплав-ления. покрытия в подложку, ослабление когезии'материала подлокки з зоне трещинообр&зования незначительно, покрытие плотное,

5. Для производства композиционных покрытии необходимо использовать канал, осуцеотзлящий перемепквант.е продуктов взрыва. Состаз . композиционных металлических и резистивных покрытий определяется

соотношением Nace взрызаеиых фольг различных металлов, массой окислителя, вводимого в область взрыва и напряжением зарядки батареи конденсаторов.

• ,6. Титановое покрытия характеризуются большими искажениям: ренет КИ, в никелевых зафиксирована нозая неразясвесиая тага. Зел::ч::;;а сопротивления покрытий системы М - hl20i ег.ре-еляется содержание:-; чистого металла, сопротивление поверхностного кернета задается глу-16

б иной соеш$овхн. Резиотишно покрытия имо вт низкий ткс, их элокт-рические Характеристики стабильны при высоких тепловых и электрических нагрузках, ' . ,.,

МАТЕРИАЛЫ /ЖСЕРГАЦШ ОПШИКОЗМШ В СЛЕДЯГЕШ РАБОТАХ: • '

,1. A.c. 1X5383 СССР, ЧКИ^ КОЮ 17/06. Способ получения пленочных покрытии на керамической подлоякэ /Е.З.Ввстифеев, Л.Б.Зуев, П.С.Носарез. - к 3933251; Заявл. 22.C7.I935; Не опубл.

2. A.c. I40I690 СССР, Ю53 7/22. Устройство для нанесения" покрытия электрическим взрывом фольги /5.З.Еясткфеез, Л.Б.Зуез,. ■ П.С.Носарев. - й 4Ю529; Заявл. 24.Ю.1986; Не Публ.

3. A.c. 1547370 СССР, !Ш5 С23С 14/32. Устройство для нанесэ- ; ния покрытий электрическим взрывом фольги /В.З.Евстиёеез, Л.Б.Зуёв," П.С.Носарез, З.Л.Сарычез. - 5./»38459Ч\ Эаявл. 25.02.88; Не публ.

4. Евстисеев Б.В., Косарев П.С., Зуев Л.Б. Получение толстопле-иочных резистивных покрытий при воздействии на керамику быстрых гетерогенных .плазменных пучков // Тез. докл. Зсесовз.семин. "Многофазные потоки з плазменной технологии" (Барнаул, 7-jO февраля 1984 г.), - ЛЛ1. - Барнаул: 1984. -Ч.Г. -СЛ5>, 20.

■ 5. Евстифеев В.В., Зувз Л.Б.,. Носарев П.С. Резистишыв покрытия на радиотехнической керамике, получаемые при помощи быстрых гетерогенных плазменных пучков.' - Ленинград, 1988. -Юс.- Деп. в ЦНИИ "Электроника" 28.08.88, й Ц4518. _ -

6. Вуев Л,Б., "Ввстк^еав S.3. Торцевой электрический взрыв фольги и его применение для металлизации керамики. -Тонек, 1988. -

32 с. - (Препр., ДШ/ИнгТ физики прочн. и материаловед. АН СССР СО •

И; т).

7. ?уев Л.Б., Ввстидеез Е«3., Гудимова З.Н. Нанесение покрытий на металлы и керамику с помодьа гетерогенных плазменных струй// Новые конструкционные материалы и покрытия: Сб. научн. тр., ¿СП. -Томск: .АН СССР СОТ?, 1988. - С. 80-88. '

6. 5всти(геев Е.З., Зуев Л.Б., Косарев П.С., Сарычов З.Д. При- ' менение рлектрического взрыва дольги тля производства покрытия // Тез. докл. / Зсесоюз. со вес?. "Плазменные процессы в металлургии и -'* технологии неорганических материалов" (Москва, 4-6 охт. 1988 г.), ¿СЛ. - Ч.: Черметиндлрмация, 1988. - С. 72.

• 9. Зуев Я.Б., Голикова 1.Н., Евотщеез Е.З. Структура поверхностных слоев на металлах и керамике, ¡гормируюцихся при действии биотрых плазменных пучков //Высокознергетическая обработка быотро-закааенних материалов: Докл. - Междунар. сем. (Новосибирск, 1С окт. 1988 г.), Новосибирск: иГПЧ СО АЯ СССР, I9P.8. - С. 212-217.

' Ю. Зуев Л.Б., Евстидеев Е.З. 'Металлизация радиотехнической керамики быстрыми плазменными пучками // Тез. докл. I Зсесозз. конф. "Актуальные проблем: технологии композиционных материалов и радпоконлонентов. в кикроэлектронных инссорчационних системах (Ялта, май 159Э г.). - Киев: Г990. - С. 231.

Формат GOxS'l 1/10. Объем 1, 1 печ. л. Захяз 3. T.ipjx 1 00 экз.

Ли.юе i!peanp-:'nt;te 'Полиграфист'

G3-1035, Towcx-ôô, пр. Ахадоми-к-сккй, 2/8