Osadzanie cienkich warstw typu DLC metodą ablacji laserowej

• Autorzy: Mróz W. , Burdyńska S. , Jelinek M. , Kocourek T. , Major B. , Prokopiuk A. , Sakai Y. , Sobiecki J.R. , Suda Y. , Woźniak M. , Wierzchoń T.

Warianty tytułu

EN

Deposition of thin layers of DLC type by laser ablation method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy została przedstawiona mikroskopowa i spektroskopowa analiza cienkich warstw z węgla amorficznego, typu DLC. Warstwy nanoszono metodą laserowej ablacji na podłoża z azotowych i wegloazotowanych stopów tytanu Ti6A12Mo2Cr oraz Ti!A11Mn o temperaturze pokojowej T s równa się 20 stopni C. Osadzanie warstw nastepowało w komorze eksperymentalnej odpompowanej do ciśnienia p równa się 10 minus 3 Pa, przy fluencji promieniowania laserowego F równa się 10 J/cm 2. Badania warstw zostały przeprowadzone na mikroskopie sił atomowych AFM w modzie próbkowania i na spektorze Ramana. Wykonane badania wykazały, iż warstwa TiN sprzyja powstawaniu warstw o podobnej morfologii niezależnie od rodzaju użytego stopu. Przeanalizowano wpływ grubości osadzanych warstw na ich strukturę powierzchniową. W warstwach o największej grubości ( w przybliżeniu 180 nm, 350 nm) dominuje struktura amorficzna, natomiast w warstwie o grubości 60 nm, są widoczne zarysy nanokrystalitów (nanoziaren). Można domniemywać istnienia tam fazy diametopodobnej. Wykonane pomiary pozwoliły określić udział wiązań sp 2 i sp 3 w strukturze osadzonych warstw i w konsekwencji umożliwiły potwierdzenie występowania fazy diamentopodobnej (DLC). Zastosowano także metodę "scratch test", za pomocą której zbadano adhezję jak i stopień ścieralności osadzonych warstw był zadowalający ( ubytek warstw nie był duży, oraz nie zaobserwowano złuszczania materiału osadzanej warstwy w czasie przeprowadzonych testów).

EN

The microscopic and spectroscopic analysis of thin layers of amorphous carbon DLC type is presented. The layers were deposited by laser ablation method on nitrided and carbonitrided titanium alloys Ti6A12Mo2Cr and Ti1A11Mn.The temperature of substrate was 20 degree Celsius, the pressure in reaction chamber 10 minus three Pa the laser fluency 10 J/ cm 2. The deposited coatings were examined by atomic force microscope and Ramam spectroscopy. These investigation has shown that the TiN layers induces the formation of carbon coating of similar morphology independently on the used titanium alloys (Fig. 6, 7). The analysis of the thickness of the layers were also done. The structure of the thick layers (180 nm and 350 nm) is amorphous ( Fig. 1, Fig. 2ab), but in the thin layer (60 nm) there are some cristallites (Fig. 2cd). We can assume that the DLC type layer exists in this coating. Tne Raman investigations enable the estimation of proportion of sp 2 and sp 3 bonds in the deposited coatings (Fig. 4, 5). The scratch test was conducted to investigate the adhesion of the carbon coating to the surface (Fig. 8). The results have shown that the adhesion is quite good and the decrease of coating are low.

Słowa kluczowe

PL

analiza spektroskopowa; analiza mikroskopowa; węgiel amorficzny; metoda ablacji laserowej

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 1
• Strony: 4--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mróz W.

autor

Burdyńska S.

autor

Jelinek M.

autor

Kocourek T.

autor

Major B.

autor

Prokopiuk A.

autor

Sakai Y.

autor

Sobiecki J.R.

autor

Suda Y.

autor

Woźniak M.

autor

Wierzchoń T.

• Mróz, W. - WAT,

Bibliografia

• [1] Ferrari A. C., Robertson J.: Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Physical Review B, Vol 61. 2000
• [2] Olszyna A. R.: Ceramika supertwarda. Oficyna Wydawnicza PW. Warszawa 2001
• [3] Voevodin A. A., Donley M. S., Zabinsk J. S.: Pulsed laser deposition of diamond like carbon wear protective coatings: a review. Surface and Coatings Technology 92 (1997) 42^19
• [4] Sobiecki J. R., Wierzchoń T., Rudnicki J.: The influence of głów discharge nitriding, oxynitriding and carbonitriding on surface modification of Ti-lAl- IMn titanium alloy. Yacuum 64(2001) 41^6
• [5] Gilmer G. H., Huang H., Roland C.: Thin film deposition: fundamentals and modelling. Computational Materials Science 12 (1998) 354-380
• [6] Sobiecki J. R., Mróz W., Wierzchoń T.: Wytwarzanie powłok hydroksyapatytu metodą PLD na azotowanych stopach tytanu. Inżynieria biomateriałów 34 (2004) 6-8
• [7] Komminou P., Nouget G., Patsalas P., Kehagias T., Gioti M., Logothetios S.: Crystalline structures of carbon complexes in amorphous carbon film. Elsevier. Applied Surface Science 186, 2002
• [8] Ferrari A. C.: Determination of bonding in diamond like carbon by Raman spectroscopy. Diamond and Related Materials Ił (2002) 1053-1061
• [9] Stanishevsky A. V., Khriachtchev L. Yu.: Correlation of Raman spectra with the diamond-like carbon properties of amorphous hydrogen-free karbon films prepared by a pulsed arc discharge method. Diamond Relat. Mater. 5 (1996))
• [10] Novotny M„ Jelinek M., Bułir J., Lancok J., Yorelicek V., Bonarski J.: Study of nanocrystalline diamond film growth in rf hybrid laser deposition systems in O2, H2 and H2 + Ar ambients. Applied Physics A 79 1267-1270 (2004) Materials Science & Processing
• [11] Klotzbucher T., Gottmann J., Meyer M., Wesner D.A., Kreutz E.W.: DLC thin film growth under energetic particle bombardment, a comparison between PLD and r.f-bias enhanced PLD. ŚPIĘ Vol. 3404