Релаксация макронапряжений в керамических покрытиях посредством введения металлической фазы Ni и Cu

Покрытия, полученные методом осаждения из газовой фазы, характеризуются сильными внутренними макронапряжениями, которые оказывают заметное воздействие на их физико-механические, адгезионные и функциональные свойства. Возникновение внутренних напряжений связано с различием коэффициентов термического расширения покрытия и основы и с дефектами строения, возникающими в процессе структуро- и фазообразования при формировании покрытий.

Существует два метода снижения структурной составляющей макронапряжений в покрытиях, которая обычно значительно превосходит термическую. Это использование при росте покрытий только низкоэнергетических ионов и частиц, что уменьшает вероятность образования дефектов при формировании покрытий, и повышение температуры подложки. Однако, повышение температуры подложки может привести к увеличению термической составляющей макронапряжений, а уменьшение энергии напыляемых ионов может снижать адгезионную прочность покрытия.

Нами рассматривается принципиально новый подход к проблеме снижения макронапряжений. Релаксация возникающих макронапряжений в покрытиях может быть реализована введением в их состав пластичной металлической фазы меди или никеля. 

Структура получаемых покрытий представляет собой нанозерна керамической фазы, окруженных тонкими слоями пластичного металлического компонента. При этом он выполняет двойную функцию. Во-первых, никель и медь при осаждении покрытий формируются по границам зародышей керамической фазы, ограничивая их рост, переводя процесс формирования покрытия в режим, контролируемый явлениями зародышеобразования, и измельчая кристаллиты нитридной фазы, что способствует увеличению твердости покрытий. Во-вторых, металлическая фаза в покрытии оказывает демпфирующее влияние при появлении макронапряжений в растущих покрытиях, релаксируя как термические, возникающие из-за разницы коэффициентов термического расширения покрытия и подложки, так и связанные с дефектами роста покрытий и возникающие в процессе структуро- и фазообразования покрытий напряжения.

Изучение модифицирующего воздействия вводимых металлических компонентов на возможность получения ненапряженных покрытий с высокими физико-механическими и адгезионными свойства необходимо для современного материаловедения.