Применение порошковых катодов для осаждения Ti-Si-N покрытий из фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы

Abstract

Исследованы структура и фазовый состав катодных материалов системы Ti-Si, полученных спеканием смесей порошков титана, кремния и силицида титана Ti₅Si₃. Установлено, что спекание смесей Ti + Ti₅Si₃ позволяет получать качественные катодные материалы с содержанием кремния до 15 ат. %. Обнаружено, что в штатном режиме работы источника фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы возникают проблемы со стабильностью горения разряда, обусловленные возникновением дефектов на поверхности порошковых катодов. Использован способ подачи реакционного газа в вакуумную камеру через источник плазмы, что позволило добиться стабильной работы порошковых катодов при осаждении покрытий нитридов. В условиях использования высоковольтного импульсного потенциала смещения на подложку получены покрытия системы Ti-Si-N. Исследовано влияние параметров осаждения на состав, структуру и свойства покрытий. Определены условия, позволяющие синтезировать наноструктурные покрытия с высокой твердостью.

Досліджено структуру та фазовий склад катодних матеріалів системи Ti-Si, отриманих спіканням сумішей порошків титану, кремнію і силіциду титану Ti₅Si₃. Встановлено, що спікання порошкових сумішей Ti + Ti₅Si₃ дозволяє отримувати якісні катодні матеріали з вмістом кремнію до 15 ат. %. Виявлено, що в штатному режимі роботи джерела фільтрованої вакуумно-дугової плазми виникають проблеми зі стабільністю горіння розряду, обумовлені виникненням дефектів на поверхні порошкових катодів. Застосовано спосіб подачі реакційного газу в вакуумну камеру через джерело плазми, що дозволило досягти стабільної роботи порошкових катодів при осадженні покриттів нітридів. В умовах використання високовольтного імпульсного потенціалу зміщення на підкладку отримані покриття системи Ti-Si-N. Досліджено вплив параметрів осадження на склад, структуру та властивості покриттів. Визначено умови, що дозволяють синтезувати наноструктурні покриття з високою твердістю.

The structure and phase composition of cathode materials of Ti-Si composition, fabricated by sintering a mixture of powders of titanium, silicon, and titanium silicide Ti₅Si₃ were investigated. It was found that sintering mixtures of Ti + Ti₅Si₃ allows fabricate high-quality materials with silicon content up to 15 at. % which are sutable for use in the vacuum-arc plasma sources as cathode materials. It was found that in normal mode of the filtered cathodic arc plasma source operation the problems with the stability of the discharge occur, due to the appearance of defects on the surface of the sintered powder Ti-Si cathode. A method of feeding a reaction gas into a vacuum chamber through a plasma source was used that will ensure the stable cathodic arc plasma source operation with the Ti-Si cathodes at the deposition of nitride coatings. The coatings of the Ti-Si-N system were obtained under the conditions of use of high voltage pulsed substrate bias potential. The influence of the process deposition parameters on the composition, structure and properties of the coatings investigated. The conditions were determined which allow synthesize nanostructured coatings with high hardness.