Modelowanie i weryfikacja strukturalna cienkich warstw na bazie azotku tytanu uzyskanych na podłożu polimerowym laserem impulsowym

• Autorzy: Major R. , Lacki P. , Lackner J. M. , Major B.

Warianty tytułu

EN

Modeling and structural verification of titanium nitride thin layers produced on polymer substrate by pulsed laser

• Konferencja: Ogólnopolska Konferencja "Nowoczesne Technologie w Inżynierii Powierzchni" (III; 3-6.10.2006; Łódź-Spała, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Modelowanie komputerowe z wykorzystaniem programu ADINA zastosowane zostało do analizy wpływu grubości na sztywność układu: warstwa/podłoże dla warstwy TiN wytworzonej metodą osadzania laserem impulsowym (metoda PLD) na podłożu polimerowym w temperaturze pokojowej. Badano wpływ kontaktu narzędzia o zróżnicowanym promieniu na rozkłady naprężeń i odkształceń w podłożu. Przedmiotem badań był także wpływ oddziaływania temperatury w procesie osadzania na podłoże w przypadku wytworzonej warstwy 250 nm oraz cienkiej 50 nm. Zagadnienie morfologii w aspekcie jednorodności wytworzonej warstwy, a także degradacji podłoża jest bardzo istotne ze względu na termicznie czułe podłoże polimerowe. Uzyskane wyniki modelowania weryfikowano doświadczalnie w oparciu o badania mikrostruktury przeprowadzone metodą transmisyjnej mikroskopii elektronowej na cienkich foliach uzyskanych z przekroju poprzecznego z wykorzystaniem tzn. metody „ultra-mikrotom". Stwierdzono, że w zakresie grubości powłoki do 50nm układ powłoka/podłoże wykazuje właściwości elastyczne. Proces wytworzenia nanokrystalicznej struktury w cienkiej warstwie podczas osadzania w pierwszym etapie kontrolowany jest procesami dyfuzyjnymi. Wzrost grubości warstwy wiąże się z pojawieniem się struktury kolumnowej związanej z dominującą rolą mechanizmów kinetycznych podczas osadzania i tworzeniem się struktury mikrokolumnowej, w której generowane mogą być pęknięcie międzykolumnowe. Interpretacja fizyczna analizy TEM bazowała o obliczenia rozkładu temperatury z wykorzystaniem programu ADINA.

EN

The work presents a computer simulation realized with the ADINA program concerning contribution of the TiN coating thickness to the rigid properties of system layer/substrate for TiN layer deposited on polymer substrate using pulsed laser (PLD method) at room temperature. A shape of nanoindenter with different radius is studied in respect to stress and strain distribution in the substrate. Calculations of temperature impact to layer behavior was examined. Two layer thicknesses are considered i.e., 250 nm and 50 nm. Problem of morphology in respect to its homogeneity and thermal substrate degradation is important due to thermal sensitivity of the substrate. The coatings were subjected to transmission electron microscopy investigations on thin foils obtained with application of ultra-microtom method. Elastic properties of coating/substrate system were stated in the coating thickness up to 50nm. Examinations of thin layers, i.e. under 50nm, revealed high degree of smoothness and uniformity, which could be related to the operation of the surface diffusion mechanism at the early stage of deposition. Columnar mechanism of film growth controlled by kinetic process is stated to operate for the considered range of layer with larger thickness within inter-collumnar cracks could be generated. The physical explanation of TEM images was based on the finite element calculations of the temperature distribution using the ADINA program.

Słowa kluczowe

PL

warstwy na bazie azotku tytanu; podłoże polimerowe; metoda osadzania laserem impulsowym; modelowanie i weryfikacja strukturalna cienkich warstw

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 5
• Strony: 1118--1120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Major R.

autor

Lacki P.

autor

Lackner J. M.

autor

Major B.

• Major, R. - Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, ul. Reymonta 25, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] D. Rather, Allan S. Hoffman, Frederick J. Schoen, Jack E.Lemons, Eds.; Chapter 2, Classes of Materials Used in Medicine, Biomaterials Science; Ań Introduction to Materials In Medicine, 2nd editon; Edited by Byddy D.Ratner, , Elsevier Inc., (2004)67-69
• [2] T.Wierzchoń, E.Czarnowska, D.Krupa, Inżynieria powierzchni w wytarzaniu biomateriałów tytanowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki wareszawskeij, Warszawa (2004)
• [3] D.Chrisey and G.K.Hubler Eds., Pulsed Laser Deposition ofThin Films, John Wiley and Sons, (1994).
• [4] J.C.Miller, R.F.Haglund Jr. Eds., Laser Ablation and Desorption, Academic Press, San Diego Vol.30(1998).
• [5] B.Yin, W.Wang, Y.Jin, The application of component modę synthesis for the dynamie analysis of complex structures Rusing ADINA; Computers & Structures, 5/6(1997)931-938
• [6] K.J.Bathe, J.Walczak, H.Zhang, Some recent advances for practical finite element analysis, Proceedings of the 9* ADINA Conference, June (1993)511-521
• [7] D.Ma, K.Xu, J.He, Numerical simulation for determining the mechanical properties of thin metal films using depth-sensing indentation techniąue, Thin Solid Films, 323(1998)183-187
• [8] G.H.Gilmer, H.Huang, Ch.Roland, Thin film deposition: fundamentals and modeling, Computational Materials Science, 12 (1998) 354-380
• [9] R.Major, P.Lacki, Finite-element modeling of thin films deposited on the polyurethane substrate, Archives of Metallurgy and Materials, 50(2005)379-385
• [10] J.A.Yenables, G.L. Price, in: J.W.Matthews (Ed.), Epitaxial Growth, Pan B, Academic Press, New York, (1975) Ch.4
• [11] B.Major, W.Mróz, T.Wierzchoń, W.Waldhauser, J. M.Lackner, R. Ebner, Pulsed laser deposition of advanced titanium nitride thin layers, Surf. Coat. Technol., 180-181 (2004) 580-584
• [12] R.Kustosz, R.Major, T.Wierzchoń, B.Major, Designing a New Heart, Academia, 3(2004)14-17