Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Cemented carbide cutting tools life with nanocrystalline Al2O3 layer deposited by MOCVD

Sawka A., Kwatera A., Woźnicki A., Zasadziński J.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 3

351--364

EN

The work presents the results of tool life tests of uncoated cemented carbide cutting tools as well as tools coated with Al2O3-C and Al2O3-C/Al2O3 composite layer synthesized by MOCVD method using Al(acac)3. Al2O3-C layers were deposited in argon. The composite layer was synthesized in argon initially in order to obtain thin and continuous Al2O3-C layer about 70 nm thick and outer, thicker pure Al2O3 layer deposited in air. The layers were deposited at 800 °C. Same samples were additionally annealed or synthesized at 1000 °C. The most advantageous results were obtained when the layers were annealed. This way enables controlling the grain size in the layer. In the work, comparative tool life tests were also performed for commercial cemented carbide cutting tools without and with Ti(C, N) + Al2O3 layers from Sandvik Baildonit.

2

Model Research On Synthesis Of Al2O3-C Layers By MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1125--1128

EN

These are model studies whose aim is to obtain information that would allow development of new technology for synthesizing monolayers of Al2O3-C with adjusted microstructure on cemented carbides. The Al2O3-C layer will constitute an intermediate layer on which the outer layer of Al2O3 without carbon is synthesized. The purpose of the intermediate layer is to block the cobalt diffusion to the synthesized outer layer of Al2O3 and to stop the diffusion of air oxygen to the substrate during the synthesis of the outer layer. This layer should be thin, continuous, dense and uniform in thickness. Al2O3-C layers were synthesized from aluminum acetylacetonate by the CVD method on quartz glass heated in an induction furnace in the temperature range 800-1000°C using argon as a carrier for the reactants. The layers were prepared also at low temperatures and were then subjected to crystallization at higher temperatures. The resulting layers prepared at temperatures above 900°C were nanocrystalline (including the α- Al2O3 phase). Due to the fact that crystallization can be controlled, we may have a greater influence on the structure and thus the properties of the layer compared to direct synthesis at high temperature.

PL

Celem prowadzonych modelowych badań nad syntezą warstw Al2O3 metodą MOCVD jest uzyskanie informacji przydatnych do opracowania nowej technologii nanoszenia tych warstw na podłoża z węglików spiekanych. Warstwa Al2O3-C będzie stanowić pośrednią warstwę, na której będzie syntezowana zewnętrzna warstwa Al2O3 nie zawierająca węgla. Zadaniem warstwy pośredniej jest blokowanie dyfuzji kobaltu do syntezowanej zewnętrznej warstwy Al2O3 oraz ochrona podłoża przed utlenianiem podczas syntezy zewnętrznej warstwy. Warstwa ta powinna być cienka, ciągła, gęsta i mało zróżnicowana w grubości. Warstwy Al2O3-C syntezowano z acetyloacetonianu glinu metodą CVD na szkle kwarcowym. Podłoże ogrzewano indukcyjnie w zakresie temperatur 800-1000°C. Gazem nośnym był argon. Warstwy syntezowane w niższych temperaturach były poddawane krystalizacji w wyższych temperaturach. Otrzymane warstwy w temperaturach powyżej 900°C były nanokrystaliczne (zawierały fazę α- Al2O3). Z uwagi na to, że proces krystalizacji warstw może być kontrolowany, można wpływać na strukturę oraz właściwości warstw.

3

Model Research On Deposition Of Pure Aluminium Oxide Layers By MOCVD Method

Sawka A., Kwatera A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1121--1124

EN

The purpose of this research is to develop an optimal method for synthesizing of nanocrystalline Al2O3 monolayers at high growth rates on cemented carbides coated with an intermediate layer of pre- Al2O3-C (composite layers Al2O3-C/ Al2O3). The use of quartz glass substrate allows for obtaining information about the quality of the layers such the thickness and density, because of its high transparency. The Al2O3 layers that do not containing carbon were synthesized on quartz glass by MOCVD using aluminum acetylacetonate and air as the reactants at temperatures of 700-1000°C. Argon was also a carrier gas. The resulting layers were transparent, as homogeneous nucleation did not occur during the synthesis process. The layers synthesized at lower temperatures were subjected to a crystallization process at temperatures above 900°C. The crystallization process was studied as a function of time and temperature. The obtained layers were characterized by their nanocrystalline microstructure.

PL

Celem badań jest opracowanie metody otrzymywania nanokrystalicznych monowarstw Al2O3 z dużą szybkością wzrostu na węglikach spiekanych pokrywanych warstwą pośrednią Al2O3-C (warstwy kompozytowe Al2O3-C/ Al2O3). Użycie podłoży ze szkła kwarcowego z uwagi na jego przezroczystość pozwoli uzyskać informacje dotyczące jakości otrzymanych warstw, np.: ich grubości, gęstości. Warstwy Al2O3 nie zawierające węgla syntezowano na szkle kwarcowym metodą MOCVD z użyciem acetyloacetonianu glinu oraz powietrza jako reagentów w temperaturach 700-1000°C. Gazem nośnym był argon, a także powietrze. Otrzymane warstwy były przezroczyste, co świadczyło o tym, że w trakcie wzrostu warstw nie występował proces nukleacji homogenicznej. Warstwy syntezowane w niższych temperaturach były poddawane krystalizacji w temperaturach powyżej 900°C. Badano przebieg procesu krystalizacji w funkcji czasu i temperatury. Otrzymane warstwy charakteryzowały się nanokrystaliczną budową.

4

Synteza warstw Al2O3 metodą MOCVD na spiekanym Al2O3

Sawka A., Kwatera A.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

408--410

PL

W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań nad syntezą czystych warstw Al2O3 za pomocą metody MOCVD z zastosowaniem acetyloacetonianu glinu jako podstawowego reagenta na podłożach ze spiekanego Al2O3 w postaci płytek wieloostrzowych stosowanych do obróbki skrawaniem. Celem nanoszenia takich warstw jest uzyskanie narzędzi skrawających przydatnych do skrawania stopów metalowych o bardzo precyzyjnym składzie chemicznym z szybkością skrawania ok. 1000 m/min. Do obróbki skrawaniem tego rodzaju stopów są stosowane obecnie węgliki spiekane pokrywane czystymi warstwami Al2O3, ale przy maksymalnej prędkości skrawania 600 m/min. Wiadomo, że im większa szybkość skrawania, tym gładsza jest obrabiana powierzchnia i większa wydajność tego procesu. Płytki ze spiekanego Al2O3 niepokrywane taką warstwą Al2O3 nie są odpowiednie do tego celu, ze względu na to, że uzyskanie nieporowatych, o dużej wytrzymałości mechanicznej płytek wieloostrzowych z tego materiału wymaga stosowania specjalnych dodatków, np. Y2O3, Cr2O3, MgO, które tworzą ciekłe eutektyki z Al2O3 w trakcie spiekania. Uzyskany w ten sposób materiał jest nieporowaty, ale jednocześnie zanieczyszczony. Nanoszone warstwy poddano badaniom mikrostruktury. W zależności od temperatury syntezy otrzymano warstwy nanokrystaliczne o różnej wielkości ziaren. W wyższej temperaturze nanokrystality miały większe rozmiary niż te, które powstały w niższej temperaturze. W trakcie wykonywania przełomów próbek warstwy nie oddzielały się od podłoża, co świadczy o dobrej ich wzajemnej adhezji.

EN

This work shows preliminary results of resarch on synthesis of pure Al2O3 layers by MOCVD method using aluminium acetyloacetonate as basic reagent. Indexable inserts for machining of sintered Al2O3 were used as substrates. The purpose of such layers deposition is obtaining cutting tools useful for cutting metal alloys with very precise chemical composition of the cutting speed of about 1000 m/min. Cemented carbides coated with pure Al2O3 layers are used for machining this kind alloys, but the maximum cutting speed can not exceed about 600 m/min. The higher the cutting speed, the smoother the machined surface and the greater efficiency of the process. Uncoated Al2O3 layer of pure sintered Al2O3 plates are not suitable for this purpose, due to the fact that obtaining the non-porous, of high mechanical strength of the cutting inserts of this material requires the use of special additives such as Y2O3, Cr2O3, MgO, that form the eutectic liquid Al2O3 during sintering. The result is a nonporous material, but contaminated. Microstructure of the layers was studied. At higher temperatures, nanocrystallites were larger than those obtained at lower temperatures. In the course of fracture layers are not separated from the substrate, which demonstrates the good of their mutual adhesion.

5

Badania nad syntezą warstw metodą CVD mało zróżnicowanych w grubości na płaskich podłożach w reaktorze rurowym

Sawka A., Kwatera A.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

405--407

PL

Stosowanie rurowych reaktorów CVD umożliwia użycie indukcyjnego grzania podłoży w sposób bezpośredni, gdy przewodzą prąd elektryczny lub pośredni od odpowiednich grzejników przewodzących prąd elektryczny. Stosując grzanie indukcyjne, można bardzo szybko (kilka lub kilkadziesiąt sekund) uzyskać bardzo wysoką temperaturę podłoża. Możliwe jest również bardzo szybkie chłodzenie próbek po procesie syntezy do temperatury pokojowej, przez co jest zachowana budowa warstwy uzyskana w wysokiej temperaturze. W niniejszej pracy prowadzono badania nad wpływem sposobu doprowadzenia reagentów nad płaskie podłoże w postaci płytek ze szkła kwarcowego, znajdującego się w rurowym grzejniku grafitowym o kwadratowym lub kołowym wewnętrznym przekroju, na zróżnicowanie grubości otrzymywanych warstw. Na tych płytkach syntezowano warstwy Al2O3 z acetyloacetonianu glinu przy różnym udziale reagenta i gazu nośnego oraz różnego udziału gazów nośnych (gazem nośnym był Ar i powietrze). Syntezę warstw prowadzono w zakresie temperatur 800÷1000°C. Parametry przepływowe procesu tak dobierano, aby rozwinięte wyrażenie Grx/Rex 2 było poniżej 0,1. Użycie płytek ze szkła kwarcowego umożliwiało bardzo łatwe wizualne ustalenie zróżnicowania grubości warstw przy różnych parametrach procesu na podstawie barw interferencyjnych warstw o różnej grubości. Ponadto otrzymane warstwy poddano badaniom za pomocą SEM oraz analizie rentgenowskiej. Wyniki tych badań są wykorzystywane przy syntezie warstw Al2O3 mało zróżnicowanych w grubości na płytkach wieloostrzowych z węglików spiekanych oraz ze spiekanego Al2O3.

EN

The use of tubular reactors CVD induction heating allows for the use of substrates in a direct manner, when the electrically conductive or indirectly from the corresponding electrically conductive radiator. By using induction heating can be a very fast (a few or tens of seconds) achieve very high substrate temperature. It is also a very rapid cooling of the sample after the synthesis process to ambient temperature, whereby the layer structure is maintained at high temperature obtained. In this study, carried out studies on the impact of the process of bringing the reactants in the form of a planar substrate made of quartz glass plates located in a tubular and square reactor. On these plates synthesized Al2O3 layer of aluminum acetylacetonate (carrier gases were Ar and air) with the participation of different reagent and carrier gas and various carrier gases participate. The synthesis of the layers was carried out in the temperature range 800÷1000°C. Process flow parameters were chosen so that the developed expression Grx/Rex 2 was below 0.1. The use of quartz glass plates allowed very easy visual determination of the thickness distribution of layers with different process parameters on the basis of the color of interference layers of different thicknesses. Furthermore, the resulting layers were investigated by SEM and X-ray analysis. The results of these tests are used in the synthesis of uniform thickness of the Al2O3 layers on cemented carbides and sintered alumina.

6

Synteza warstw Al2O3-C metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 2

192--197

PL

Warstwy tlenku glinu dotowane węglem syntezowano z acetyloacetonianu glinu metodą MOCVD (ang. Metal Organic Chemical Vapour Deposition) na podłożach w postaci rurek i płytek ze szkła kwarcowego w zakresie temperatur 700‒100 °C z dużą szybkością wzrostu (ok. 4 µm/h). Jako gaz nośny stosowano argon. Wstępnie wszystkie otrzymane próbki poddano ocenie wizualnej. Z uwagi na wysoką przeźroczystość szkła kwarcowego możliwe było łatwe i szybkie ustalenie, czy podczas syntezy warstw wystąpił proces nukleacji homogenicznej niepożądany przy syntezie gęstych warstw (jego wystąpienie powoduje zmętnienie warstw spowodowane powstawaniem proszków w fazie gazowej). Obecność barw interferencyjnych pozwoliła ustalić orientacyjnie grubość warstw oraz jej rozkład. Na wybranych próbkach przeprowadzono badania SEM i XRD. Badania te wykazały, że w zakresie temperatur do ok. 800 °C warstwy są amorficzne lub mogą zawierać niskotemperaturowe odmiany Al2O3. Synteza warstw w wyższych temperaturach powoduje ich krystalizację; im wyższa temperatura procesu, tym bardziej zaawansowana krystalizacja warstw.

EN

Aluminium oxide layers were synthesized by using aluminium acetyloacetonate as the precursor and the MOCVD (Metal Organic Chemical Vapour Deposition) method. The layers were deposited on quartz glass tubes in the temperature range of 700‒1000 °C at their high growth rate. Argon was used as a carrier gas. Initially, the obtained samples were visually assessed. Considering high transparency of quartz glass, it was possible to verify whether the homogeneous nucleation process was present during the layer growth (the presence of this process significantly decreases of quartz glass transparency). The presence of interference colours enabled to establish approximately the thickness and thickness distribution of the obtained layers. Selected samples were examined by SEM and XRD. The performed tests have indicated that the layers synthesized at temperatures below 800 °C were amorphous or contained low temperature forms of Al2O3. The synthesis of layers at higher temperatures has caused their crystallization: the higher temperature of the synthesis process, the more advanced crystallization of the layers.

7

Synteza kompozytowych warstw Al2O3 - C/Al2O3 metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 2

198--203

PL

Warstwy Al2O3–C/Al2O3 syntezowano metodą MOCVD (ang. Metal Organic Chemical Vapour Deposition) z acetyloacetonianu glinu w zakresie temperatur 700‒1050 °C na podłożach ze szkła kwarcowego. Warstwy syntezowano w dwóch etapach. Pierwszy etap obejmował syntezę cienkich warstw Al2O3–C o grubości ok. 0,07 µm. Gazem nośnym był argon. W drugim etapie, do reaktora CVD wprowadzano powietrze, by umożliwić syntezę warstwy Al2O3 bez węgla na warstwie Al2O3 zawierającej węgiel. Warstwa nie zawierająca węgla była znacznie grubsza (ok. 4 µm) niż zawierająca węgiel. Część warstw kompozytowych syntezowanych w 800 °C wygrzewano w atmosferze argonu lub powietrza w zakresie temperatur 900‒1050 °C. Na wybranych próbkach wykonano badania SEM i XRD.

EN

Al2O3-C/Al2O3 layers were synthesized on quartz glass substrates by the MOCVD method at temperatures of 700‒1050 oC, using aluminium acetyloacetonate as a precursor. The layers were deposited at two stages. First stage comprised the synthesis of a thin Al2O3-C layer of 0.07 µm in thickness. Argon was used as a carrier gas. Next stage covered deposition of Al2O3 without carbon. The process was running in air and argon. The Al2O3 layer with no carbon was significantly thicker (about 4 µm) than the layer with carbon. The part of the obtained layers was additionally annealed in the temperature range of 900‒1050 °C. Selected samples were tested by SEM and XRD.

8

Synteza warstw tlenku glinu w argonie metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

845--848

PL

Celem badań było uzyskanie informacji, które pozwoliłyby na opracowanie nowej technologii syntezy monowarstw Al2O3 o regulowanej mikrostrukturze na węglikach spiekanych. Otrzymane w tych badaniach warstwy Al2O3-C będą stanowiły pośrednią warstwę, na której będzie syntezowana zewnętrzna warstwa Al2O3 bez węgla. Istotne jest, aby ta warstwa była cienka, ciągła, bardzo mało zróżnicowana w grubości i gęsta. Zadaniem pośredniej warstwy jest blokada dyfuzji kobaltu do syntezowanej czystej, zewnętrznej warstwy Al2O3 oraz blokada dyfuzji tlenu do podłoża trakcie syntezy warstwy zewnętrznej w powietrzu. Warstwy Al2O3 syntezowano z acetyloacetonianu glinu metodą CVD na szkle kwarcowym grzanym w piecu indukcyjnym w zakresie temperatury 800÷1000°C, stosując jako nośnik reagentów argon. Otrzymane warstwy Al2O3 zawierały węgiel, co powodowało ciemne zabarwienie warstw. Ciemne zabarwienie warstw świadczy, że węgiel nie jest w postaci pojedynczych atomów lecz skupisk, w których oprócz wiązań σ występują wiązania π. Warstwy otrzymywane w niskiej temperaturze poddawano sterowanej krystalizacji w temperaturze wyższej. Otrzymane warstwy w temperaturze powyżej 900°C były nanokrystaliczne (zawierały fazę α-Al2O3). Ze względu na to, że przebieg krystalizacji można regulować czasem i temperaturą procesu, można mieć większy wpływ na budowę, a przez to na własności warstw niż w procesie bezpośredniej syntezy w wysokiej temperaturze.

EN

The aim of the research was to obtain the information permissive on elaboration of new technology of synthesis of Al2O3 monolayers on cemented carbide tools. Presence of this process during the layer growth causes its cloudiness. It’s a result of formation of porous powders in gaseous phase. The object of an intermediate layer is blocking of cobalt diffusion to pure eternal layer and diffusion of oxygen to the substrate of cemented carbides during the synthesis process. Al2O3 layers were synthesised using aluminium acetyloacetonate on quartz glass by MOCVD method. In synthesis process argon was used as a carrier gas. The layers were deposited at 800÷1000°C. Obtained layers contained carbon, what caused their dark colour. It shows that carbon is present in the layers in form of clusters (presence of σ and π bondings). Layers obtained at lower temperature were treated controlled crystallization at higher temperature. Layers deposited at temperature above 900°C were nanocrystalline (contained α-Al2O3 phase). Process of the layers crystallization may be regulated by time and temperature of the process. Therefore we have an influence on microstructure and properties of deposited layers.

9

Badania nad krystalizacją amorficznych warstw Al2O3 otrzymywanych metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

494-499

PL

Warstwy Al2O3 syntezowano metodą MOCVD z acetyloacetonianu glinu w temperaturach 700-1000°C w powietrzu na podłożach ze szkła kwarcowego w postaci rurek oraz płytek. Stosowano bardzo duże stężenia reagentów. W zakresie temperatur 700-850°C nie zauważono występowania niepożądanej nukleacji homogenicznej prowadzącej do powstawania proszków w fazie gazowej. W tym zakresie temperatur szybkość wzrostu warstw zwiększała się bardzo znacznie (kilkakrotnie). W temperaturach ok. 1000°C stwierdzono występowanie zaawansowanej nukleacji homogenicznej. Nanokrystality Al2O3 zaobserwowano w warstwach syntezowanych już w 700°C (rentgenograficznie warstwy były amorficzne). Wzrost temperatury powodował wzrost ilości oraz wielkości nanokrystalitów w warstwach. Analiza rentgenowska warstw syntezowanych w temperaturze ok. 800°C wykazała obecność odmian niskotemperaturowych Al2O3, zaś w przypadku warstw otrzymanych w ok. 950°C ewidentnie występowanie odmiany α-Al2O3. Wzrost temperatury syntezy warstw powodował również wzrost ich chropowatości. Badania przeświecalności w świetle ultrafioletowym i widzialnym szkła bez i z warstwą wskazują, że wraz ze wzrostem stopnia krystalizacji warstw obniża się ich przeświecalność.

EN

Al2O3 layers were synthesised at temperatures of 700-1000°C in the air atmosphere by the MOCVD method using aluminium acetyloacetonate as the precursor. Quartz glass tubes and plates were used as substrates. In the temperature range of 700-850°C, the presence of homogeneous nucleation process wasn't observed in spite of the use of high reagent concentrations. The growth rate of the layers significantly increased in that temperature range. At about 1000°C, the process of homogeneous nucleation occurred during the layer synthesis. Al2O3 nanocrystallites were observed by scanning electron microscopy for the samples obtained at 700°C. An increase of temperature increased the amount and size of the Al2O3 nanocrystallites. The X-ray analysis of the layers synthesized at 800°C indicated the presence of low temperature Al2O3 phases, and in the case of the layers synthesized at 950°C it showed the appearance of α-Al2O3 phase. An increase of the synthesis temperature also caused the increased roughness of deposited layers. Transparency tests showed that the crystallisation process decreased transparency of the resultant layers.

10

Nanometale : wybrane technologie wytwarzania

Marzec A., Pulit J., Kwaśny J., Banach M.

Czasopismo Techniczne. Chemia

|

2012

|

R. 109, z. 1-Ch

95--107

PL

W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia dotyczące nanotechnologii i nanomateriałów. Główną uwagę skupiono na omówieniu najczęściej stosowanych technologii wytwarzania nanometali metodami bottom-up (z pojedynczych atomów lub cząstek). Szczegółowo przedstawiono otrzymywanie nanometali w wyniku osadzania z fazy gazowej (zarówno fizyczne osadzanie z fazy gazowej PVD, jak i chemiczne osadzanie z fazy gazowej CVD) i ciekłej (osadzanie elektrolityczne, metody zol-żel).

EN

This paper presents selected topics on nanotechnology and nanomaterials. The main attention is focused on the discussion of the most common methods of nanometals manufacturing technology using methods called bottom-up (from single atoms or molecules). Fabrication of nanometals by vapor deposition was presented in detail (both physical vapor deposition PVD and chemical vapor deposition CVD) and liquid (electrolytic deposition, sol-gel methods).

11

Synteza drobnoziarnistych warstw tlenku glinu metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

715-718

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań modelowych nad syntezą warstw tlenku glinu z dużą szybkością wzrostu w postaci pojedynczych grubych warstw gładkich o budowie drobnoziarnistej. Warstwy tego tlenku wstępnie syntezowano metodą MOCVD, stosując acetyloacetonian glinu o dużym stężeniu w zakresie temperatury 600÷800°C w argonie lub w powietrzu pod obniżonym ciśnieniem na podłożu ze szkła kwarcowego. Użycie przezroczystego szkła kwarcowego zamiast płytek wieloostrzowych węglików spiekanych umożliwiało m.in. łatwe ustalenie czy przy syntezie wystąpił niepożądany proces nukleacji homogenicznej. Wystąpienie tego procesu powodowało bowiem obniżenie przezroczystości warstw łatwe do zaobserwowania na szklanym podłożu. Na podstawie barw interferencyjnych można również ustalić szybko orientacyjną grubość warstw oraz jej zmiany. Otrzymane warstwy poddano następnie kontrolowanej krystalizacji w zakresie temperatury 850÷1000°C. Podano wyniki badań kinetyki wzrostu warstw, a także ich krystalizacji. Podano również wyniki badań budowy i własności warstw wygrzewanych i niewygrzewanych. Uzyskane wyniki badań będą pomocne przy syntezie warstw na docelowych podłożach z węglików spiekanych.

EN

This work shows results of investigations on model research of synthesis of aluminium oxide monlayers at their high growth rate. This layers should be characterized by fine-grained microstructure and high smoothness. Initially, aluminium oxide layers were synthesized in argon or air in the range of temperature of 600÷800°C using low preassure MOCVD method with aluminium acetyloacetonate as precursor. As a substrate it was used quartz glass. Using of quartz glass substrate instead of cemented carbide ones (it will be target substrates) made possible i.a. easy estimation if unfavorable process of homogeneous nucleation was present during the layer growth. Presence of this process causes decrease of transparency of the layer what is especially visible in the case of quartz glass substrate using. Basing of observation of interference colours of the layers the estimation of their thickness is possible and also changes of the layer thickness. Next, obtained layers were put to the controlled crystallization in the range of temperature of 850÷1000°C. In work it was shown results of investigations on kinetics of the growth of the layers and their crystallization. It was also presented results of research of the microstructure and properties of the annealed and not annealed layers. Obtained results of this investigations will be useful for the synthesis of aluminium oxide layers on target substrates.

12

Alumina layers synthesized on cemented carbide tools by MOCVD method

Sawka A., Juda W., Kwatera A.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 3

307-310

EN

This paper shows the results of investigation of a synthesis of pure aluminium oxide layers on cemented carbide cutting tools by the MOCVD (Metalorganic Chemical Vapour Deposition) method using Al(O2C5H7)3 as a precursor. The layers were deposited at 800°C in two stages. Initially, as carrier gases ammonia (99.95 % pure) and/or argon (99.995 % pure) were used. Then, a thin and continuous Al2O3+C layer was obtained. It was so-called the intermediate layer. In the second stage, air was added into a CVD reactor and then a thicker external carbon-free Al2O3 layer was synthesized. The average growth rate of the layers was about 5 µm/h. The obtained layers were additionally annealed in air at temperatures up to 1050°C, which caused formation of α-Al2O3. Structure and microstructure of the layers were examined. Microhardness tests were performed by Vickers method over a load of 1N. The average value of microhardness of the layers with no annealing was about 0.98 GPa. After annealing at 1050 °, the average value of the microhardness amounted to about 2.25 GPa. Adhesion of Al2O3 layers to the substrate of cemented carbides was examined by the scratch test. Estimated average value L(C) for the not annealed Al2O3 layer of 5 µm thickness was 41 N. In the case of samples annealed at 1000 ° this value reached even 85 N.

PL

Artykuł pokazuje wyniki badań nad syntezą warstw czystego tlenku glinu na narzędziach do obróbki skrawaniem wykonanych z węglików spiekanych. Syntezę wykonano za pomocą metody MOCVD przy wykorzystaniu Al(O2C5H7)3 jako prekursora. Warstwy osadzano dwuetapowo w 800 stopni C. Najpierw wykorzystano gazy nośne w postaci amoniaku (o czystości 99.95 %) i/lub argonu (o czystości 99.995 %) do otrzymania cienkiej i ciągłej warstwy Al2O3+C. Była to tzw. warstwa pośrednia. W drugim etapie, do reaktora CVD wprowadzano powietrze w celu syntezowania grubszej, zewnętrznej warstwy Al2O3, pozbawionej węgla. Średnia szybkość wzrostu wynosiła około 5 µm/h. Otrzymane warstwy były dodatkowo wygrzewane w powietrzu w temperaturach aż do 1050 stopni C, co powodowało utworzenie się α -Al2O3. Zbadano strukturę i mikrostrukturę warstw. Badania mikrotwardości przeprowadzono za pomocą metody Vickersa przy sile obciążającej wynoszącej 1N. Średnia wartość mikrotwardości warstw nie wygrzewanych wynosiła około 0.98 GPa. Po wygrzewaniu w 1050 stopni C, średnia wartość mikrotwardości osiągnęła wartość około 2.25 GPa. Adhezję warstwy Al2O3 do podłoża z węglików spiekanych oznaczono za pomocą testu zarysowania (scratch test). Oszacowana średnia wartość L(C) w przypadku nie wygrzewanej warstwy Al2O3 o grubości 5 µm wynosiła 41 N. W przypadku próbek wygrzanych w 1000 stopni C wartość ta osiągnęła nawet 85 N.

13

Warstwy Al2O3 na narzędziach skrawających z węglików spiekanych otrzymywane metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A., Juda W.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1210-1212

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad syntezą warstw Al2O3 na narzędziach skrawających z węglików spiekanych metodą MOCVD (Metal Or- ganic Chemical Vapour Deposition) z użyciem acetyloacetoninu glinu jako podstawowego reagenta. Warstwy syntezowano w temperaturze 800°C dwuetapowo. Wstępnie proces prowadzono z użyciem amoniaku (99,95%) oraz argonu jako gazu nośnego (99,995%). Otrzymane warstwy w pierwszym etapie były cienkie, ale ciągłe. Zawierały jednak węgiel. Z tego powodu proces syntezy warstw kontynuowano w powietrzu stanowiącym źródło tlenu) oraz w argonie (drugi etap). Średnia szybkość wzrostu warstw wynosiła ok. 5 um/h. Otrzymane warstwy następnie wygrzewano w powietrzu w zakresie temperatur do 1050°C celem uzyskania fazy a-Al2O3. Zbadano strukturę oraz mikrostrukturę otrzymanych warstw. Dokonano także pomiarów mikrotwardości tych warstw metodą Vickersa przy obciążeniu 1 N. Średnia wartość mikrotwardości w przypadku warstw nie wygrzewanych wynosiła 0,95 GPa, zaś po wygrzewaniu wzrastała do ok. 2,25 GPa. Adhezję warstw oszacowano za pomocą metody scratch test. Szacunkowa średnia wartość LC dla warstw nie wygrzewanych o grubości 5 um wynosiła 41 N. Dla próbek wygrzewanych w 1000°C wartość ta wynosiła nawet 85 N.

EN

This paper shows results of investigation on synthesis of pure aluminium oxide layers on cemented carbide cutting tools by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapour Deposition) method using Al(O2C5H7)3 as precursor. The layers were deposited at a temperature of 800°C in two stages. Initially, as carrier gases were used ammonia (99,95% pure) and/or argon (99,995% pure). Then, thin and continuous Al2O3+C layer was obtained. It was so called "intermediate layer". In second stage, air was added into CVD reactor and then thicker external carbon-free Al2O3 layer was synthesized. The average growth rate of the layers was about 5 um/h. Obtained layers were additionally annealed in air at temperatures up to 1050°C, what caused formation of a-Al2O3. Structure and microstructure of obtained layers were examined. Microhardness tests were performed by Vickers method over a load of 1 N. The average value of microhardness of layers not annealed was about 0,98 GPa. After annealing at 1050°C the average value of the microhardness amounted to about 2,25 GPa. Adhesion of Al2O3 layers to the substrate of cemented carbides was examined by "scratch test". Estimated average value LC for not annealed Al2O3 layer of 5 um thickness was 41 N. In the case of samples annealed at a temperature of 1000°C this value reached even 85 N.

14

Synteza kompozytu CeO2+Gd2O3 dla tlenkowych ogniw paliwowych metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

742-744

PL

Warstwy CeO2+Gd2O3 syntezowano metodą MOCVD przy użyciu tetrametyloheptanodionianów ceru oraz gadolinu w temperaturze 500÷800°C w powietrzu przy obniżonym ciśnieniu. Stosunek molowy użytych reagentów wynosił odpowiednio 9:1, 8:2, 7:3. Warstwy nanoszono na wewnętrzne powierzchnie rurek ze szkła kwarcowego. Zbadano skład chemiczny, mikrostrukturę oraz przewodnictwo elektryczne w podwyższonej temperaturze. Badania prowadzone są w związku z poszukiwaniem nowych materiałów na elektrolity dla tlenkowych ogniw paliwowych pracujących w zakresie temperatury 600÷800°C.

EN

CeO2+Gd2O3 layers were synthesized by MOCVD method using Ce(tmhd)4 and Gd(tmhd)3 at temperature of 500÷800°C. The air under reduced pressure was a carrier and reactionary gas. The molar contribution of reagents amounted to 9:1, 8:2, 7:3. The layers were deposited on the inner surfaces of quarto glass tubes. Their chemical composition, microstructure and electrical conductivity at elevated temperatures were examined. This research is related to investigation on new materials for electrolytes of solid oxide fuel cells (SOFC) working in the range of temperature of 600÷800°C.

15

Synteza kompozytowego warstwowego elektrolitu ZrO2+Y2O3/CeO2+Sm2O3 metodą MOCVD

Kwatera A., Sawka A.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

738-741

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad uzyskaniem warstwowego kompozytowego elektrolitu ZrO2+Y2O3 /CeO2+Sm2O3 dla tlenkowych ogniw paliwowych pracujących w zakresie temperatury 600÷800°C. Warstwy te nanoszono w zakresie temperatury 500÷800°C na wewnętrzne powierzchnie rurek ze szkła kwarcowego metodą MOCVD z użyciem tetrametyloheptanoionianów cyrkonu, itru, ceru oraz samaru przy różnych udziałach molowych poszczególnych reagentów. Gazem nośnym i reakcyjnym było powietrze. Badano skład chemiczny warstw, a także ich budowę, rozkład grubości oraz przewodnictwo elektryczne w podwyższonych temperaturach. Uzyskano interesujące wyniki.

EN

This work shows results of investigation on synthesis of electrolyte, chich would be composed of the layers of ZrO2+Y2O3 and CeO2+Sm2O3 for solid oxide fuel cells (SOFC). Elaborated electrolyte should work at temperatures of 600÷800°C. The layers were synthesized in the range of temperatures of 500÷800°C on the inner surfaces of quartz glass tubes by MOCVD metod using Zr(tmhd)4, Y(tmhd)3, Ce(tmhd)4 and Sm(tmhd)3, Different molar contributions of reagents were used. Air was a carrier and reactionary gas. Chemical composition, structure, microstructure and thickness distribution of obtained layers were examined. Their electrical conductivity at elevated temperatures also was measured. Obtained results of performed tests were very interesting.

16

Synthesis of samarium oxide layers by MOCVD method

Sawka A., Kwatera A., Bućko M., Cholewa-Kowalska K., Halski D.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

733-735

EN

This work presents results of investigations on synthesis of samarium oxide layers on quartz glass by MOCVD method using samarium tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) as precursor. Air and argon were used as carrier gases. Air was also necessary for elimination of carbon - solid by product of Sm(tmhd)3 pyrolisis. Sm203 layers were deposited in the range of temperatures 500-700°C. The temperature of Sm(tmhd)3 vapours was changed from 200 to 300°C. The synthesis time was 15-30 min. The other parameters of synthesis process were established in a such way to assure the value of extended criterion Grx/Rex2<0,01. This research is related to works on obtainment of a new composite electrolyte (Ce02+Sm203/Zr02+Y203) for solid oxide fuel cells (SOFC).

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad syntezą warstw tlenku samaru na szkle kwarcowym metodą MOCVD z użyciem tetrametylohepanodionianu samaru jako prekursora. Powietrze i argon stosowano jako gazy nośne. Powietrze było również konieczne do eliminacji węgla - ubocznego produktu pirolizy Sm(tmhd)3. Warstwy Sm203 osadzano w temperaturach 500-700°C. Temperaturę par Sm(tmhd)3 zmieniano od 200 do300°C. Czas syntezy warstw wynosił 15-30 min. Pozostałe parametry procesu syntezy tak dobierano, by wartość rozwiniętego kryterium Grx/Rex2<0,01. Badania te związane są z pracami nad otrzymaniem nowego kompozytowego elektrolitu (Ce02+Sm203/Zr02+Y203) dla tlenkowych ogniw paliwowych (SOFC).

17

Synteza wartstw tlenku baru ze związków metaloorganicznych

Andreasik P., Kwatera A., Sawka A., Juda W.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

855-857

PL

Otrzymano amorficzne warstwy tlenku baru za pomocą metody MOCVD (Metal Organie Chemical Vapour Deposition) z wykorzystaniem związku Ba(tmhd)2. Sprawdzano wpływ temperatury parowania w/w związku metaloorganicznego na jakość otrzymanych warstw BaO. Dodatek do Ba(tmhd)2 etanolu lub dichlorometanu (CH2C12) znacznie poprawił wydajność parowania tego związku. Otrzymane warstwy zostały zbadane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego z mikroanalizatorem rentgenowskimten oraz aparatu rentgenowskiego.

EN

Amorphous barium oxide layers on quartz glass substrate were synthesized by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapour Deposition) method using metalorganic compounds of barium. The influence of the evaporation temperature was investigated. Interaction with ethyl alcohol or dichloromethne improved evaporation of Ba(tmhd)2. Obtained layers were tested by scanning electron microscope, EDS, X-ray apparatus

18

Synteza warstw ZrO2 metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A., Andreasik P., Juda W.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 3

526-527

PL

Warstwy tlenku cyrkonu na rurkach ze szkła kwarcowego otrzymywano metodą MOCVD z użyciem acetyloacetonianu cyrkonu (Zr(acac)4) i powietrza przy obniżonym ciśnieniu. Odpowiednio dobrane parametry procesu pozwoliły uzyskać krystaliczne warstwy już w temperaturze ok. 600 stopni C. Otrzymane warstwy badano przy użyciu mikroskopu skaningowego. Przeprowadzono również analizę rentgenowską tych warstw. Przewiduje się, że zastosowana technologia nanoszenia warstw tlenku cyrkonu może być przydatna do otrzymania kompozytowego elektrolitu dla tlenkowych ogniw paliwowych nowej generacji.

EN

Zirconium oxide layers were deposited on quartz glass substrates by MOCVD method using zirconium acetyloacetonate (Zr(acac)4 and air under reduced pressure. Polycrystalline layers were obtained at temperature of 600 degree C. They were examined by scanning microscopy. X-ray analysis of obtained layers was also performed. It seems that this way of deposition of zirconium oxide layers’ ll be useful to obtain new electrolyte for SOFC.

19

Badania nad syntezą warstw ZrO2+Y2O3 metodą MOCVD

Sawka A., Kwatera A., Andreasik P., Juda W.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

1218-1219

PL

W pracy przedstawiono wyniki wstępnych badań nad syntezą warstw Zr02+Y203 za pomocą metody MOCVD (Metal Organie Chemical Vapour Deposition) z użyciem acetyloacetonianu cyrkonu oraz tetrametyloheptadionianu itru na podłożach ze szkła kwarcowego. I Gazem nośnym była mieszanina argonu i powietrza. Temperaturę parowania Zr(acac)4 zmieniano w zakresie 140-160°C, zaś temperaturę parowania Y(tmhd)3 w zakresie 130-160 °C. Temperaturę podłoża zmieniano w zakresie 500-650 °C. Ciśnienie gazów w reaktorze wynosiło 140 - 10 000 Pa. Pozostałe parametry procesu dobierano tak, by wartość wyrażenia Grx/Rex2 była niższa niż 0,001. Zbadano skład chemiczny i mikrostrukturę otrzymanych warstw. Praca związana jest z opracowywaniem kompozytowego elektrolitu dla tlenkowych ogniw paliwowych nowej generacji.

EN

In the paper results of initial research on synthesis of Z1O2+Y2O3 layers by MOCVD method using Zr(acac)4 and Y(tmhd)3 on quartz glass substrates are presented. The mixture of argon and air was used as a carrier gas. Evaporation | temperature of Zr(acac)4 was changed in the range of 140-160°C and evaoration temperature of Y(tmhd)3 in the range of 130-160°C. The) temperature of substrate was changed from 500° to 650°C. The pressure in the CVD reactor attained 140-10 000 Pa. Other parameters of process were settled in a such way that the value of extended expression Grx/Rex2 was below 0,001. Chemical composition and microstructure of obtained layers were examined. This work s related to elaboration of new composite electrolyte for solid oxide fuel cells.

20

Badania nad syntezą warstw tlenku ceru metodą MOCVD

Kwatera A., Sawka A., Andresik P., Juda W., Duszak S., Cholewa-Kowalska K., Turski P.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 5

1107-1109

PL

W pracy prowadzono badania nad syntezą warstw tlenku ceru na szkle kwarcowym metodą MOCVD przy użyciu acetyloacetonianu ceru a także tetrametyloheptanodionianu ceru. Jako gazu nośnego i rozcieńczalnika w jednym i drugim przypadku użyto powietrza oraz argonu. Tlen zawarty w powietrzu spełniał jednocześnie rolę nośnika par reagentów oraz utleniacza węgla i wodoru wydzielających się w trakcie pyrolizy tego związku. Temperatura powietrza była zbliżona do temperatury parowalnika, co zapobiegało kondensacji par Ce(acac)3 lub Ce(tmhd)4 w instalacji CVD. Temperaturę syntezy warstw zmieniano w zakresie 300-900°C. Ciśnienie gazów w reaktorze zmieniano zaś w zakresie 10-13x104 Pa. Natężenie przepływu argonu przez parowalnik wynosiło 0,08 mol/h, natomiast powietrza doprowadzanego do reaktora 0,4-8 mol/h. Temperaturę parowalnika zmieniano w zakresie temperatur 60 - 250°C. Parametry syntezy warstw dobierano tak, by wielkość wyrażenia Grx/Rex2 <0,001. Przeświecalność próbek bez i z warstwą tlenku ceru badano w ultrafiolecie i w świetle widzialnym. Badano mikrostrukturę warstw przy użyciu mikroskopu skaningowego oraz transmisyjnego. Przeprowadzono także analizę rentgenowską

EN

Investigations on synthesis of cerium oxide layers on quartz glass substrates by MOCVD method using cerium acetyloacetonate or cerium tetramethylheptanedionate. Argon and air were used as a carrier gases and (air was also source of oxygen.- necessary for elimination of carbon). Temperature of o air was close to temperature of evaporator. The temperature of the synthesis process was changed in the range of 300-900°C and the gases preasasure in the range of 10-13xl04 Pa. Magnitude of argon flow attained about 0,08 mol/h and and air flow 0,4-8 mol/h. The temperature of evaporator was changed from 60 to 250°C. Other parameters of the synthesis process were settled to assure the value of extended criterion Grx/Rex2<0,001. The transparency of obtained samples was tested. The microstructure of these layers was examined by scanning and transmission microscopy. X-ray analysis also was performed.