Přejít k obsahu


Reactive high-power impulse magnetron sputtering of ZrO2 films with gradient ZrOx interlayers on pretreated steel substrates

Citace:
BELOSLUDTSEV, A., VLČEK, J., HOUŠKA, J., HAVIAR, S., ČERSTVÝ, R., REZEK, J. Reactive high-power impulse magnetron sputtering of ZrO2 films with gradient ZrOx interlayers on pretreated steel substrates. San Diego, USA, 2016.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Reactive high-power impulse magnetron sputtering of ZrO2 films with gradient ZrOx interlayers on pretreated steel substrates
Rok vydání: 2016
Autoři: Alexandr Belosludtsev , Prof. RNDr. Jaroslav Vlček CSc. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý , Ing. Jiří Rezek Ph.D.
Abstrakt CZ: Pro depozici stechiometrických vrstev ZrO2 s gradientními mezivrstvami ZrOx na substráty Si, sklo a ocel, umístěnými na plovoucím potenciálu, bylo použito vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování s pulzním řízením průtoku reaktivního plynu (kyslíku). Vrstvy byly deponovány pomocí silně nevyváženého magnetronu s planárním Zr terčem o průměru 100 mm ve výbojové směsi argonu a kyslíku při celkovem tlaku 2 Pa. Opakovací frekvence byla 500 Hz při průměrné hustotě výkonu na terč 37 W/cm^2 pro depozice vrstev ZrO2 a v rozmezí 30 W/cm^2 až 37 W/cm^2 pro depozice mezivrstev ZrOx s různými hloubkovými profily x. Před depozicí byla provedena modifikace povrchu substrátů (leptání, implantace a míchání iontů) pomocí pulzního magnetronového rozprašování terče Zr v argonu při stejném tlaku 2 Pa, délce pulsu 50 ?s, maximální výkonové hustotě v pulsu na terč 220 W/cm^2, DC předpětí na substrátu od 965 V do 620 V v pulsu a teplotě substrátu nižší než 150 °C po dobu 10 min, aby se zlepšila adheze vrstev oxidu zirkonia k ocelovým substratům. Bylo ukázáno, že provedená modifikace ocelových substrátů je nezbytnou podmínkou pro adhezi vrstev oxidu zirkonia (jak čistého ZrO2, tak ZrO2 s ZrOx mezivrstvou), a že adheze vrstev ZrO2 je podstatně vyšší, když je použíta mezivrstva ZrOx. Vrstvy ZrO2 s gradientními mezivrstvami ZrOx vykazovaly zvýšenou odolnost proti praskání, nižší tlakové pnutí (0,8 GPa) a vysokou tvrdost (15 až 16 GPa).
Abstrakt EN: High-power impulse magnetron sputtering with a pulsed O2 flow control was used for reactive depositions of stoichiometric ZrO2 films with gradient ZrOx interlayers onto floating Si, glass and steel substrates at low substrate temperatures (less than 150 °C). The depositions were performed using a strongly unbalanced magnetron with a planar Zr target of 100 mm diameter in Ar+O2 gas mixtures at the total pressure close to 2 Pa. The repetition frequency was 500 Hz at the average target power density of about 37 W/cm^2 during a deposition of the ZrO2 films and in the range from 30 W/cm^2 to 37 W/cm^2 during a deposition of the gradient ZrOx interlayers with a controlled increase in x from 0 to 2. The voltage pulse duration was 200 ?s (duty cycle of 10 %). Two kinds of the gradient ZrOx interlayers with different depth profiles of x were deposited using the feed-back pulsed O2 flow control. Prior to deposition, a modification of the substrate surfaces (etching, shallow implantation and ion mixing) was performed by pulsed magnetron sputtering of the Zr target in Ar gas at the same pressure of 2 Pa, a voltage pulse duration of 50 ?s, a peak target power density of 220 W/cm^2 in a pulse, a dc substrate bias from 965 V to 620 V in a pulse and the substrate temperatures less than 150 °C for 10 min to enhance adhesion of the zirconium oxide films to steel substrates. It was shown that the pretreatment of the steel substrates is the necessary condition for the adhesion of the zirconium oxide (both pure ZrO2 and ZrO2+ZrOx interlayer) films and that the adhesion of the ZrO2 films is substantially higher when the gradient ZrOx interlayers are used. The ZrO2 films with the gradient ZrOx interlayers exhibited an enhanced resistance to cracking, a lower compressive stress (0.8 GPa) and a high hardness (15-16 GPa).
Klíčová slova

Zpět

Patička