Warstwy (Cr-Si)O nanoszone techniką magnetronową na CoSb₃

• Autorzy: Zawadzka K. , Godlewska E. , Mars K.

Warianty tytułu

EN

Magnetron-sputtered (Cr-Si)O layers on CoSb₃

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Głównym problemem aplikacyjnym CoSb₃ - materiału podłożowego zastosowanego w niniejszej pracy - jest degradacja właściwości termoelektrycznych związana z sublimacją antymonu oraz małą odpornością na utlenianie w powietrzu w podwyższonych temperaturach [1-3]. Tym niepożądanym procesom można zapobiec przez naniesienie odpowiedniej powłoki ochronnej. Powłoka powinna stanowić barierę dla dyfuzji tlenu oraz antymonu oraz nie wchodzić w reakcję z materiałem podłoża. Dotychczas najlepiej poznane zostały systemy zabezpieczające materiały na osnowie CoSb₃ przed utratą antymonu. Badania dotyczyły głównie powłok metalicznych, np. niobowych [4], ceramicznych, np. MgAl₂ O₄ [5] oraz aerożelowych [6]. Autorzy niniejszej pracy podjęli próby wytworzenia warstw ograniczających nie tylko sublimację antymonu, ale również utlenianie antymonu i kobaltu. Obiecujące wyniki przyniosly eksperymenty nanoszenia grubych powłok amorficznych [7] a także stosunkowo cienkich warstw ceramiczno-metalicznych osadzanych techniką rozpylania magnetronowego [8], co dało podstawę do badań zmierzających do wytworzenia warstw typu (Cr-Si)O, które miałyby tę zaletę, że wykluczałyby występowanie przebić elektrycznych w warunkach pracy materiału termoelektrycznego. Warstwy (Cr-Si)O o różnej zawartości krzemu były osadzane na materiale termoelektrycznym CoSb₃ przy zastosowaniu techniki impulsowego rozpylania magnetronowego. Ich właściwości ochronne oceniano na podstawie testów utleniania w powietrzu. Badano mikrostrukturę oraz skład chemiczny i fazowy powierzchni oraz obszarów w pobliżu granicy rozdziału warstwa/podłoże przed i po testach.

EN

The basic application-related problem of CoSb₃ - the substrate material in this work - is instability of its composition (antimony sublimation and oxidation of both components) and properties at elevated temperature [1-3]. This deficiency can be overcome by means of a suitable protective coating. The coating should block the diffusion of antimony and oxygen and should be inert in contact with the substrate. The majority of protective systems developed for CoSb₃ - based materials were focused on prevention of antimony loss, e.g. Nb [4], ceramic coatings, e.g. MgAl₂ O₄ [5] and aerogel coatings [6]. The authors of this work have undertaken studies on the oxidation-resistant coatings for CoSb₃. Promising results obtained recently in the case of thick amorphous coatings [7] and the relatively thin ceramic - metallic coatings deposited by magnetron sputtering [8], encouraged further experiments with (Cr-Si)O layers, which would have an advantage of eliminating electrical shorting in service of thermoelectric devices. In this work, the (Cr-Si)O layers with two different concentrations of silicon (5 and 40 al.%) were deposited on the CoSb₃ substrates by magnetron sputtering. Their protective properties were evaluated based on oxidation tests in air at elevated temperature. The microstructure, chemical and phase composition of specimen surface and regions close to the coating/substrate interface were examined in the as-received condition and after the exposure.

Słowa kluczowe

PL

powłoki (Cr-Si)O; CoSb3; impulsowe rozpylanie magnetronowe

EN

(Cr-Si)O layers; CoSb3; pulse magnetron sputtering

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 11
• Strony: 69--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Zawadzka K.

autor

Godlewska E.

autor

Mars K.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Chemii Nieograniczonej, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków

Bibliografia

• [1] Savchuk V., Boulouz A., Chakraborty S., Schumann J., Vinzelberg H.: Transport and structural properties of binary skutterudite CoSb3 thin films grown by dc magnetron sputtering technique. Journal of Applied Physics 92 (2002) 5319-5326.
• [2] Godlewska E., Zawadzka K., Adamczyk A., Mitoraj M., Mars K.: Degradation of CoSb3 in Air at Elevated Temperatures. Oxidation of Metals 74 (2010) 113-124.
• [3] EI-Genk M. S., Saber H., Caillat T., Sakamoto J.: Test results and performance comparisons of coated and un-coated skutterudite based segmented unicouples. Energy Conversion and Management 47 (2006) 174-200.
• [4] Sakamoto J. S., Caillat T., Fleurial J-P., Snyder G.: Method of suppressing sublimation in advanced thermoelectric devices. The United States of America as represented by the Administrator of the National Aeronautics and Space Administration, 27.01.2009, US7480984 B1.
• [5] Dynys F. W., Nathal M. V., Nesbitt J. A., Opila E. J., Sayir A.: Sublimation Suppression Coatings Evaluated for Advanced Thermoelectric Materials. Reaserch and Technology, Glenn Research Center; Cleveland, OH 44135-3191 NASA/TM-2007-214479 (2006) 254.
• [6] Sakamoto J. S., Snyder G., Calliat T., Fleurial J-P., Jones S. M., Palk J-A.: System and method for suppressing sublimation using opacified aerogel, California Institute of Technology, 04.05.2006, zgłoszenie patentowe US20060090475 A1.
• [7] Godlewska E., Zawadzka K., Mars K., Nocuń M., Opoka A., Wojciechowski K.: Protective coatings for CoSb3-base thermoelectric materials. Extended Abstracts of 1st International Conference on Materials for Energy, Karlsruhe, July 4-8 (2010) 554-556.
• [8] Godlewska E., Zawadzka K., Mars K., Mania R., Wojciechowski K., Opoka A.: Protective properties of magnetron-sputtered Cr-Si layers on CoSb3. Oxidation of Metals 74 (2010) 205-213.
• [9] Venkatraman M., Neumann J. P.: The Cr-Sb (Chromium-Antimony) System. Bulletin of Alloy Phase Diagrams 11 (1990) 435-440.
• [10] Barin J., Knacke O., Kubashewski O.: Thermochemical Properties of Inorganic Substances. Springer-Verlag, Berlin; Verlag Stahleisen, Dusseldorf, 1973.