КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 20-79-10059

НазваниеРазработка метода получения нанокомпозитных покрытий разложением кремнийорганического прекурсора в сильноточном разряде с испаряемым анодом

РуководительМеньшаков Андрей Игоревич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук, Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2020 - 06.2023

, продлен на 07.2023 - 06.2025. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-302 - Корпускулярные, плазменные и лучевые источники для исследований и практики

Ключевые словаНанокомпозитные покрытия, анодное испарение, кремнийорганические соединения, химическое осаждение из газовой фазы, дуговой разряд низкого давления

Код ГРНТИ29.27.51

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В настоящее время разработаны различные виды твердых защитных износостойких покрытий на основе керамических и металлокерамических композиционных материалов. Одними из перспективных покрытий такого типа являются TiSiCN покрытия, достоинствами которых являются высокая термостойкость, позволяющая им сохранять высокую твердость (до 55 ГПа) до 800°C, стойкость к окислению до 900°C, низкий коэффициент трения и превосходная износостойкость по сравнению с обычными нитридными или карбонитридными покрытиями. В связи с этим покрытия такого типа могут хорошо работать в широком спектре промышленных применений для защиты компонентов от агрессивных сред, включая высокоскоростную резку в сухих или почти сухих условиях, а также найти применение в качестве износостойких покрытий поршневых колец, компонентов протезов и др., поэтому на различных аспектах получения этого материала сосредоточено внимание многих исследователей по всему миру. Одним из актуальных направлений исследований является расширение возможностей существующих методов получения таких покрытий, повышение их эффективности, производительности и безопасности технологии. Современные способы получения нанокомпозитных покрытий должны удовлетворять достаточно высоким требованиям по безопасности, экологичности, эффективности, производительности, а также иметь возможность контролируемого изменения различных условий обработки и, соответственно, получения покрытий требуемого состава с заданными свойствами. Однако используемые в настоящее время подходы либо не удовлетворяют требованиям по безопасности и экологичности, как, например, при использовании ядовитых и взрывоопасных газовых смесей, либо достаточно сложны и не позволяют независимо и в широких пределах управлять многими условиями, влияющими на характеристики получаемых покрытий. Данный проект посвящен разработке и исследованию простого и универсального способа плазмохимического осаждения нанокомпозитных TiSiCN покрытий. Новизна предлагаемой работы обусловлена комплексным применением сразу нескольких подходов, обеспечивающих контролируемое изменение состава активной газовой среды и формирование TiSiCN покрытий с требуемыми характеристиками с высокой скоростью в большом объеме, что позволит впервые провести исследования влияния независимо друг от друга различных условий в плазме и на поверхности растущего TiSiCN покрытия на его состав и свойства. В частности, оригинальной и перспективной является идея использования разряда с самонакаливаемым полым катодом одновременно для активации слаботоксичных паров кремнийорганического прекурсора, для разогрева испаряемого анода и создания потока паров титана, а также для ионизации парогазовой среды и интенсивного ионного сопровождения. Применение предложенных подходов позволит получать нанокомпозитные покрытия с высокой скоростью, и при этом независимо и в широких пределах менять практически все параметры обработки. Это даст возможность управлять как масс-зарядовым составом и степенью разложения компонентов газовой смеси, так и характером и степенью ионного воздействия на поверхность обрабатываемых изделий, что, в конечном счете, позволит контролируемо изменять структуру, состав и свойства получаемых покрытий. По результатам исследований будут определены рабочие характеристики разрядной системы с секционным анодом при работе в среде, содержащей пары кремнийорганического прекурсора, и сформулированы требования к технологическим газоразрядным системам, разрабатываемым для получения многокомпонентных нанокомпозитных покрытий методом PECVD c использованием кремнийорганических соединений, с анодным испарением. Будут получены покрытия TiSiCN и впервые проведены комплексные исследования влияния давления и состава газовой смеси, плотности и энергии ионного потока, температуры образцов на состав, структуру, физико-химические и механические свойства этих покрытий. Успешная реализация предлагаемого проекта по получению TiSiCN-покрытия позволит расширить возможности существующих методов применительно и к другим типам многофункциональных покрытий путем вариации сочетаний используемых кремнийорганических прекурсоров, плазмообразующих газов и испаряемых металлов.

Ожидаемые результаты
Предполагается, что результатом выполнения проекта будет разработка высокопроизводительного метода плазмохимического осаждения твердых износостойких TiSiCN покрытий анодным испарением титана в кремнийорганической парогазовой среде, активируемой в сильноточном разряде с самонакаливаемым полым катодом. По результатам исследований будут определены условия стабильного функционирования газоразрядной системы при работе в газовой среде, содержащей кремнийорганические соединения, в условиях интенсивного испарения титана, а также интенсивной ионизации и диссоциации газовых компонентов, и сформулированы требования к технологическим газоразрядным системам, разрабатываемым для получения TiSiCN-покрытий методом PECVD. Будут получены нанокомпозитные TiSiCN покрытия и впервые проведены исследования влияния состава парогазовой смеси и степени активации различных ее компонентов, плотности и энергии ионного потока, способа и режимов генерации плазмы на состав, структуру, физико-химические и механические свойства этих покрытий. Соответствие ожидаемых результатов мировому уровню обусловлено отсутствием в настоящее время простого и универсального способа получения многокомпонентных нанокомпозитных покрытий, в частности покрытий на основе TiSiCN, который обеспечивал бы одновременно безопасность, экологичность, высокую производительность и независимое управление различными условиями обработки. Кроме того, высокая значимость предполагаемых результатов обусловлена возможностью использования предложенного метода для получения других типов многофункциональных покрытий, как например SiAlCN, обладающих аномальной стойкостью к высокотемпературному окислению, эрозионностойких CrSiCN, SiAlCO, обладающих аномальными пьезо-диэлектрическими свойствами, и др.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---