Фазообразование в нанокристаллических покрытиях состава Mo₂N, полученных вакуумно–дуговым осаждением молибдена в присутствии азота

Abstract

Исследован фазовый состав нанокристаллических нитридных покрытий, полученных вакуумно-дуговым осаждением молибдена в присутствии азота. Обнаружено, что вакуумно-дуговое осаждение высокочистого молибдена в присутствии азота при давлении в диапазоне 0,14…0,18 Па приводит к образованию покрытий нитрида молибдена состава Mo₂N двух модификаций, идентичных продуктам взаимодействия молибдена с азотом согласно равновесной фазовой диаграмме состояния. Наряду с высокотемпературной γ-Mo₂N фазой с кубической решеткой выявляется низкотемпературная фаза β-Mo₂N—с тетрагональной решеткой, содержание которой растет с увеличением скорости осаждения. Постоянный и импульсный потенциал смещения, приложенный к подложке, скорость осаждения в процессе синтеза также влияют на количественное соотношение этих фаз. После отжига при температуре 800 °С в течение двух часов покрытия оставались двухфазными. Использование относительно низкой скорости осаждения 3,5 мкм/ч приводит к формированию двухфазных конденсатов, состоящих из γ- и β-Mо₂N—фаз, не имеющих или имеющих слабо выраженную преимущественную ориентацию кристаллитов. В покрытиях, формируемых при большей скорости осаждения 7,0 мкм/ч, происходит образование аксиальной текстуры кристаллитов, тип которой определяется условиями синтеза (рабочим давлением, типом и величиной потенциала, подаваемого на подложку при осаждении).

Досліджено фазовий склад нанокристалічних нітридних покриттів, отриманих вакуумно-дуговим осадженням молібдену в присутності азоту при тиску в діапазоні 0,14…0,18 Па призводить до утворення покриттів нітриду молібдену складу Mo₂N двох модифікацій, ідентичних продуктам взаємодії молібдену з азотом згідно рівновісній фазовій діаграмі стану. Поряд з високотемпературною γ-Mo₂N-фазою з кубічною решіткою виявляється низькотемпературна фаза β-Mo₂N з тетрагональною решіткою, склад якої зростає зі збільшенням швидкості осадження. Постійний і імпульсний потенціал зміщення, прикладений до підложки, швидкість осадження під час процесу синтезу також впливають на кількісне співвідношення цих фаз. Після відпалу при температурі 800 °С протягом двох годин покриття залишались двофазними. Використання відносно низької скорості осадження 3,5 мкм/год приводить до формування двофазних конденсаторів, які складаються з γ- и β-Mо₂N-фаз, не маючих або маючих слабко виражену переважну орієнтацію кристалітів. В покриттях, формованих при більшій швидкості осадження 7,0 мкм/год, відбувається утворення аксіальної текстури кристалітів, тип якої визначається умовами синтезу (робочим тиском, типом і величиною потенціалу, подаваємого на підложку при осадженні).

The phase content of nano-crystal nitride coatings obtained by means of vacuum-arc deposition of molybdenum in nitrogen environment has been investigated. It has been found that vacuum-arc deposition of high purity molybdenum under nitrogen pressure range 0,14…0,18 Pa leads to formation of molybdenum nitride coatings having composition Mo₂N of two modifications. These two are identical to products of molybdenum-nitrogen interactions according equilibrium phase diagram. Along with high-temperature γ -characterized by cubic lattice the low-temperature phase β -Mo₂N with tetragonal one has been revealed. The quantity of the last increases with increase of the deposition rate. Direct and pulse substrate bias also influence the quantitative relation of these phases. Two hours annealing at 800 °C leaves the coatings to be two-phased. Application of relatively low deposition rate (3,5 μm/hour) leads to two-phased (γ - and β -Mo₂N)condensates formation without or weak crystallites orientation. The coatings obtained at higher rates (7.0 μm/hour) demonstrate formation of axial crystallite texture. Type of this texture is determined by synthesis conditions (deposition pressure, type and value of substrate bias) .