ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК ТЕТРАЭДРАЛЬНОГО АМОРФНОГО УГЛЕРОДА, ОСАЖДЕННЫХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РАССТОЯНИЯХ

Пленки тетраэдрального аморфного углерода осаждались через диафрагму диаметром 27 мм на кремниевые подложки с помощью импульсного катодно-дугового источника на трех различных расстояниях между источником и подложкой: 150, 215 и 265 мм. Структура и механические свойства полученных пленок тетраэдрального аморфного углерода изучались с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света и наноиндентирования. Результаты показали, что с увеличением расстояния структура пленок меняется. Снижается концентрация упорядоченных ароматических колец в Csp² кластере и увеличивается концентрация цепочечных групп. Максимальные значения нанотвердости и модуля Юнга достигаются при расстоянии между источником и подложкой 150 мм и составляют 21 и 197 ГПа соответственно. С увеличением расстояния до 265 мм эти величины снижаются до 16 и 177 ГПа соответственно. Возможно, на близком расстоянии от импульсного источника в пленках формируются более плотно упакованные структуры, что сказывается на более высокой нанотвердости. Предполагается, что формирование структуры пленок при различных расстояниях от источника определяется энергетическими и пространственными параметрами импульсного плазменного потока.

импульсное катодно-дуговое осаждение, тетраэдральный аморфный углерод, комбинационное рассеяние света, нанотвердость, модуль Юнга, наноиндентирование

1. Kano M. Overview of DLC-coated engine components // Coating Technology for Vehicle Applications. Eds. S. C. Cha, A. Erdemir. Springer International Publishing, Switzerland, 2015. P. 37-62.

2. Choudhury D., Morita T., Sawae Y., Lackner J. M., Towler M., Krupka I. A novel functional layered diamond like carbon coating for orthopedics applications // Diam. Relat. Mater. 2016. Vol. 62. P. 56-69.

3. Koskinen J., Hirvonen J.-E., Keranen J. Effect of deposition temperature and growth rate on the bond structure of hydrogen free carbon films // J. Appl. Phys. 1998. Vol. 84. P. 648-650.

4. Chepkasov S. Yu., Zolkin A. S., Gladkikh E. Structure and mechanical properties of ta-C films prepared by pulsed cathodic arc discharge. Influence of deposition parameters // 2017 Japan-Russia Joint Seminar “Advanced Materials: Synthesis Process and Nanostructure”. Tohoku University. 2017. P. 58.

5. Li X., Bhushan B. A review of nano-indentation continuous stiffness measurement technique and its applications // Materials Characterization. 2002. Vol. 48. P. 11-36.

6. Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Mater. Sci. Eng. R-Rep. 2002. Vol. 37. P. 129-281.

7. Roy S. S., McCann R., Papakonstantinou P., Maguire P., McLaughlin J. A. The structure of amorphous carbon nitride films using a combined study of NEXAFS, XPS and Raman spectroscopies // Thin Solid Films. 2005. Vol. 482. P. 145-150.

8. Kahn M., Čekada M., Schoberl T., Berghauser R., Mitterer C., Bauer C., Waldhauser W., Brandstatter E. Structural and mechanical properties of diamond-like carbon films deposited by an anode layer source // Thin Solid Films. 2009. Vol. 517. P. 6502-6507.

9. Ferrari A. C., Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Phys. Rev. B 61. 2000. P. 14095-14107.

10. Bückle H. Use of the Hardness Test to Determine Other Materials Properties // The Science of Hardness Testing and Its Research Applications. Eds. J. H. Westbrook, H. Conrad. American Society for Metals. Metals Park. Ohio, 1973. P. 453-491.