Адгезия толстых углеродных пленок, полученных электронно-лучевым испарением углерода

Abstract

Изучена макрокартина формирования толстых углеродных покрытий, полученных с помощью отраженного парового потока углерода при испарении его через жидкую ванну вольфрама. Установлено, что толстые углеродные пленки, полученные электронно-лучевым испарением углерода, в диапазоне температур конденсации 100…500 ⁰С формируются в виде плоского углеродного материала, склонного к расслоению. Зафиксировано, что вследствие структурных особенностей формирования графитовых плоскостей при данных температурах, материал углеродной пленки склонен к сворачиванию в трубки в диапазоне температур 200…300 ⁰С. Показано, что только тонкие углеродные пленки (0,3…0,8 мкм) имеют адгезию с полированной поверхностью различных подложек (стекло, кремний, нержавеющая сталь) в исследуемом интервале температур. С увеличением толщины (0,8…5,0 мкм) уровень внутренних напряжений в материале из-за склонности его к сворачиванию в трубки, превышает уровень адгезии пленки к поверхности подложки. Поэтому при температурах 100…300 ⁰С пленка отслаивается и, осыпаясь, скручивается в трубки. Отмечено, что при температурах 300…450 ⁰С пленка опять частично удерживается на поверхности подложки, что свидетельствует о снижении уровня внутренних напряжений, срывающих пленку.

Studied was a macropattern of formation of thick carbon coatings, produced by means of the reflected vapor flow of carbon during its evaporation through a molten pool of tungsten. It was found that thick carbon films, produced by the beam evaporation of carbon in the range of condensation temperatures of 100...500 ⁰C are formed in the form of flat carbon material, tended to delamination It was observed that due to structural features of formation of graphite planes at the given temperatures, the material of the carbon film is tended to rolling into tubes in the range of temperatures of 200...500 ⁰C. It was shown that only thin carbon films (0,3...0.8 μm) have an adhesion with a polished surface of different substrates (glass, silicon, stainless steel ) in the investigated range of temperatures. With increase in thickness (0.8...5.0 μm) the level of inner stresses in the material exceeds the level of adhesion of film to the substrate surface due to its tendency to rolling into tubes. Therefore, at temperatures of 100...300 ⁰C the film is separated and, peeled off, rolling into tubes. It was noted that at temperatures of 300...450 ⁰C the film is again partially retained at the substrate surface that is proved by decrease in level of inner stresses, tearing off the film.