Исследование структуры и свойств покрытий на основе диоксида титана, полученных методом атомно-слоевого осаждения

Титан и его сплавы широко используются в качестве материалов для изготовления медицинских имплантатов благодаря оптимальному сочетанию таких свойств, как низкий удельный вес, устойчивость к коррозии, сравнительно низкий модуль упругости. Естественная пленка диоксида титана, образующаяся на его поверхности в процессе окисления, обеспечивает высокую коррозионную стойкость титана и способствует остеинтеграции. Для увеличения толщины пленки и создания в ней желаемой структуры атомов применяют метод атомно-слоевого осаждения (АСО), который обеспечивает контролируемый рост однородных покрытий.

Целью данной работы является исследование структуры и механических свойств покрытий TiO₂, полученных методом атомно-слоевого осаждения.

В рамках данной работы покрытия из диоксида титана осаждали на подложки из титана марки Grade 4 с применением этоксититана Ti(OC₂H₅)₄ (97 %) и воды. Из-за низкого давления насыщенного пара Ti(OC₂H₅)₄ его подавали в реактор из прогреваемого источника при температуре 150 ^°С. Температура реактора составляла 300 ^°С.

Структура полученных покрытий была исследована методами комбинационного рассеяния света и инфракрасной колебательной спектроскопии (ИК). Механические свойства образцов определяли методом измерительного индентирования.

По результатам измерительного индентирования найдено, что покрытия имеют твердость 4,5 ГПа и модуль Юнга 109 ГПа. Среднее значение шероховатости Ra, определенное методом оптической профилометрии, составляет 0,2 мкм.

Результаты ИК спектроскопии свидетельствуют о том, что покрытия имеют не только Ti-O связи, но и связи H-O как у молекул воды, и C-O как у органических примесей. Исследование методом комбинационного рассеяния света показало, что образцы покрытий диоксида титана, полученные методом атомно-слоевого осаждения, имеют структуру анатаза.