авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ТЕХНОЛОГИЯМ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ

СОЗДАНИЯ И ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

VII МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

(Минск, 19–21 сентября 2012 г.)

Сборник материалов

В 3 книгах Книга 2 Высокоэнергетические технологии получения и обработки материалов.

Технологии и оборудование инженерии поверхностей Минск ФТИ НАН Беларуси 2012 УДК [621.7+621.9](082) ББК 30.61я.43 С56 Редакционная коллегия:

С.А. Астапчик (гл. ред.), А.И. Гордиенко (зам. гл. ред.), А.В. Белый (зам. гл. ред.), А.П. Ласковнев (зам. гл. ред.), В.А. Томило, В.М. Гришанович, Н.В. Райчёнок, Е.А. Маковец Рецензенты:

д-р техн. наук А.А. Шипко д-р техн. наук В.С. Ивашко Современные методы и технологии создания и обработки матери С алов: VII Междунар. науч.-техн. конф. (Минск, 19–21 сентября 2012 г.) :

сб. материалов. В 3 кн. Кн. 2. Высокоэнергетические технологии по лучения и обработки материалов. Технологии и оборудование инже нерии поверхностей / ред. коллегия: С.А. Астапчик (гл. ред.) [и др.]. – Минск : ФТИ НАН Беларуси, 2012. – 386 с. : ил.

ISBN 978-985-6441-30-4.

Вторая книга содержит результаты исследований по проблемам, связанным с соз данием новых многофункциональных и специализированных материалов и покрытий с повышенными механическими, износо-, коррозионно-, жаростойкими и другими особы ми свойствами с привлечением методов высокоэнергетического воздействия. Показаны последние достижения ученых в области формирования структур с функционально-гра диентным распределением свойств по сечению, изучения теоретических и технологиче ских аспектов обработки материалов с использованием лазера, плазменных потоков, ион ных и электронных пучков. Приведены данные о влиянии технологических параметров осаждения на структуру и фазовый состав алмазоподобных пленок углерода и системы титан-углерод, покрытий сульфида цинка;

об эксплуатационных свойствах материалов, полученных с привлечением высокоэнергетических электрофизических методов — маг нито-импульсной и скоростной индукционной обработки. Рассмотрены перспективы ис пользования комбинированных технологий для формирования защитных и упрочняющих слоев на конструк-ционных и инструментальных материалах.



УДК [621.7+621.9](082) ББК 30.61я. ISBN 978-985-6441-30-4 (кн. 2) © Физико-технический институт Национальной академии ISBN 978-985-6441-28-1 наук Беларуси, ПРЕДИСЛОВИЕ В настоящее издание включены материалы, представленные на VII международную научно-техническую конференцию «Современные методы и технологии создания и обработки материалов». Приведены научные и практические результаты работ, выполненных известными отечественными и зарубежными учеными, молодыми научными со трудниками, аспирантами, специалистами промышленных предприя тий и производственных компаний в области материаловедения, моде лирования структурно-энергетических превращений, исследования и создания новых методов синтеза, упрочнения, испытания и восстанов ления свойств конструкционных и пленочных материалов. Сборник включает 3 книги, в которых объединены по тематике конференции и обобщены итоги исследований и практической реализации научных разработок и инноваций.

Книга 1 — Конструкционные и функциональные материалы в современной технике, методы их получения;

материалы для микро- и наноэлектроники.

Книга 2 — Высокоэнергетические технологии получения и обра ботки мате-риалов. Технологии и оборудование инженерии поверхностей.

Книга 3 — Технологические процессы обработки металлов давлением, получения материалов с применением технологий литья.

Пленарные доклады.

Первая книга содержит результаты исследований разработки кон струкционных и функциональных материалов, создания методов их получения и определения сфер практического применения.

Рассматриваются направления развития металлургических тех нологий получения высококачественных сталей, результаты исследо вания влияния термической обработки на структуру и свойства авто листовой, трубной, быстрорежущей стали. Ряд статей посвящен про блемам изучения вольфрама и его сплавов. Представлены результаты исследований широкого спектра неметаллических материалов, в част ности, керамик системы ZrO2 – Al2O3, термитных композиций, нитрида кремния, высокопористых ячеистых корундовых материалов, описаны технологии их получения различными методами (порошковая метал лургия, литье, СВС), в том числе с использованием технологических отходов производства. Приведены результаты работ, связанных с соз данием материалов для формирования многофункциональных покры тий для микроэлектроники, исследованием структурно-фазовых превращений в тонкопленочных системах и моделированием процес сов нанесения нанопокрытий;

с исследованием процессов диффузии при интенсивной пластической деформации нано- и микрокристалли ческих металлов и сплавов.

Вторая книга содержит результаты исследований по проблемам, связанным с созданием новых многофункциональных и специализиро ванных материалов и покрытий с повышенными механическими, из носо-, коррозионно-, жаростойкими и другими особыми свойствами с привлечением методов высокоэнергетического воздействия. Показаны последние достижения ученых в области формирования структур с функ ционально-градиентным распределением свойств по сечению, изучения теоретических и технологических аспектов обработки материалов с ис пользованием лазера, плазменных потоков, ионных и электронных пуч ков. Приведены данные о влиянии технологических параметров осажде ния на структуру и фазовый состав алмазоподобных пленок углерода и системы титан-углерод, покрытий сульфида цинка;





об эксплуатационных свойствах материалов, полученных с привлечением высокоэнергетиче ских электрофизических методов магнито-импульсной и скоростной ин дукционной обработки. Рассмотрены перспективы использования ком бинированных технологий для формирования защитных и упрочняющих слоев на конструкционных и инструментальных материалах.

Третья книга включает материалы по теоретическим и технологи ческим аспектам обработки металлов давлением (штамповка, прокатка, волочение, прессование, выдавливание и др.);

поверхностной пластиче ской деформации;

трибологии;

развития и реновации технологий ОМД.

Приведены результаты работ по созданию и практической реализации литейно-деформационных технологий, получению новых литейных сплавов для зубчатых колес трансмиссий тракторов, управлению струк турообразованием в Al – Si сплавах при изготовлении ответственных отливок деталей ДВС. В книгу включены материалы, представленные на пленарном заседании конференции, и посвященные анализу дости жений и проблем по следующим научным направлениям: магнитные наноматериалы и наноструктуры;

формирование отливок в условиях пристеночной кристаллизации;

керамико-полимерные броневые ком позиты;

механизм трения в полимерных композитах;

высокопрочные коррозионностойкие субмикрокристаллические металлы и сплавы для атомного машиностроения.

Высокоэнергетические технологии получения и обработки материалов.

Технологии и оборудование инженерии поверхностей УДК 621. В.М. Александров, 1В.А. Лобачев, А.В. Дроздов, 2Л.В. Маркова, В.К. Шелег, 3С.Г. Бохан ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНОГО ФОРМОВАНИЯ И СПЕКАНИЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПАКТНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ (КПМ) Обособленное хозрасчетное структурное подразделение «Научно исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством», ГНУ «Институт порошковой металлургии», Белорусский национальный технический университет г. Минск, Беларусь Production engineering and powder metallurgy materials gets presently the increasing value as their application allows to solve a row of the problems con nected with a practical heading of new technics. The new materials created by methods of powder metallurgy, are in some cases a basis of radical martempering existing and creations of new processes in engineering industry, metallurgy and power engineering.

Компактно-пористые материалы (КПМ) являются одним из мно гочисленных примеров композиционных материалов, получаемых ме тодом порошковой металлургии. По своей структуре они состоят из компактной подложки и пористого слоя, выполненного из различного рода дискретных частиц [1].

Благодаря присутствию в структуре КПМ разнородных материа лов в виде компактной и пористой составляющих, требования, предъ являемые к их свойствам, несколько отличаются от традиционных [1].

Выполненные рядом исследователей работы по изучению работоспо собности КПМ показали, что несмотря на то, что воздействие внешней среды испытывает поверхность пористого материала, основной при чиной их разрушения является недостаточная связь между материалом пористого слоя и подложки [2].

В обобщенной классификации свойств пористых материалов — выделены две группы свойств: структурные и каркасные. К первой из них относятся свойства проницаемости — фильтрующие и капилляр ные, а — ко второй проводимость и прочностные характеристики.

Импульсное формование КПМ, при прочих равных условиях, от личается от статических методов в основном высокой скоростью пре образования энергии, и, как следствие, отличными от других методов свойствами получаемых заготовок. Импульсное прессование как силь ными, так и слабыми ударными волнами характеризуется волновым ха рактером. Высокая скорость нагружения в короткий промежуток ударно го импульса приводит к повышению температуры до значений порядка точки плавления прессуемого материала, давление на ударном фронте в несколько раз превышает напряжения сдвига прессуемого материала.

Зависимость между давлением и объемом для пористых материалов ко личественно отличается от соответствующей кривой для монолитных.

Показано, что возрастание внутренней энергии при прессовании дискретных материалов импульсными методами намного выше, чем в монолитных материалах. Отмечено также, что энергия ударной волны зависит не только от начального удельного объема или исходной плот ности, но и от таких параметров как размер и форма частиц, а также со стояние порошка (наклепанные или отожженные частицы). В процессе уплотнения порошка происходят процессы переупаковки частиц и их упругопластичная деформация. Таким образом, происходящая акти визация дисперсных частиц позволяет снизить температуру спекания полученных заготовок. Из металлических порошков с использованием импульсных методов формования можно получить пористые материа лы и изделия с точным регулированием пористости и размеров пор;

ко эффициент использования металла составляет при этом 89–90 %, тогда как при изготовлении таких деталей методом литья она не превышает 25–50 % (для титана 15–25 %).

При этом способе обработки можно использовать разнообразные энергоносители и передающие среды с применением различных схем приложения нагрузки и конструкций, позволяющие брать энергию от источника импульсного воздействия и определяющие технологиче ские параметры формования изделий. В качестве источников импульса можно применять высоковольтные электрические заряды, сжиженный и концентрированный газы, энергию квантового излучения, взрывча тые вещества (ВВ) и др. [3].

Технологические параметры процесса прессования взрывом можно объединить в четыре основные группы:

1) параметры заряда ВВ: скорость детонации;

масса (высота) се чения;

технологические свойства ВВ, влияющие на скорость прессова ния (метания формующего листа и т.п.);

т 2) параметры заготовки: размеры, начальная (насыпная) плот ность, физико-химические и технологические свойства прессуемого материала;

температура;

3) параметры ударного нагружения: давление на фронте ударной волны;

температура на фронте ударной волны;

массовая скорость ве щества;

импульс давления;

характер ударно-волновой картины;

4) параметры схемы прессования: взаимное расположение заряда и заготовки (угловая, параллельная технологическая схема взрывного формования, гидродинамическое прессование);

тип и толщина переда ющей среды;

толщина буферного слоя (зазора) между инструментом и изделием и, соответственно, скорость разлета продуктов взрыва;

мате риал основания, на котором производится прессование;

схема иниции рования и конструкции заряда.

Параметры заряда ВВ являются одними из важнейших факторов импульсного формования КПМ.

Наиболее важным и общим параметром заряда является скорость детонации D, зависящая от химической природы ВВ, его плотности, размеров и типа упаковки частиц, высоты и стеснения заряда. Все эти параметры заряда можно объединить в один — скорость детонации D, однако необходимо учитывать, что такие параметры, как высота (масса) заряда H и его стеснение, влияют не только на скорость детонации D, но и на время действия нагрузки. Кроме того, высота заряда H (масса) определяет количество энергии E, высвобождающейся при взрыве.

Влияние скорости детонации и связанного с ней давления продук тов взрыва и ударного импульса на плотность титановых заготовок по казано на рис. 1. Наиболее интенсивный рост плотности наблюдается при скорости детонации D до 3000 м/с. Как видно (рис. 1, б), влияние б ударного импульса заметно зависит от исходной высоты уплотняемо го материала. С увеличением высоты уплотняемого слоя кривые более пологи и при одинаковом приращении импульса давления интенсив ность возрастает, а плотность уменьшается.

С увеличением высоты (массы) заряда относительная плотность заготовок возрастает (рис. 2), причем наиболее резко эта тенденция выражена при исходной толщине слоя порошка, равной 45, 55 и 75 мм.

Более пологий характер возрастания плотности наблюдается при тол щине контейнера 15 и 25 мм. Это можно объяснить тем, что при высоте заряда 40–50 мм длительность импульса мала, обжатие порошка при больших толщинах исходной заготовки (45–65 мм) происходит только вследствие взаимного перемещения частиц порошка и уменьшения раз меров межчастичных пор. Поэтому плотность таких прессовок относи тельно мала (порядка 70–80 % от плотности компактного материала).

Рис. 1. Зависимость плотности заготовок из порошка титана, Н — высота заряда:

а — от скорости детонации D ВВ;

б — от удельного импульса давления Рис. 2. Влияние параметров процесса прессования взрывом на плотность заготовок из титанового порошка:

а — от скорости детонации D;

б — от высоты заряда Н.

Н Исходная высота прессуемого контейнера, мм:

1 — 15;

2 — 25;

3 — 45;

4 — 55;

5 — Для обеспечения оптимальных параметров следует выбирать ВВ, об ладающее такой скоростью детонации, при которой наблюдается максимум плотности, т.е. восстановить перпен т дикуляр из вершины нижнего графика (точка Д) до верхнего графика (рис. 3).

Вторая стадия процесса получе ния компактно-пористых материалов реализуется в процессе спекания, когда происходит процесс формирования ме таллических контактов между частица ми порошка под действием нагрева.

Рис. 3. Определение параметров Рассмотрим спекание, как про взрывного прессования: цесс, роль самодиффузии в котором 1 — недопрессовано;

2 — перепрес- уже выяснена довольно полно. Как из совано;

3 — максимум плотности вестно, это явление широко использу ется в технике, в частности при производстве изделий из дисперсных и пористых материалов.

Процесс спекания проявляется в том, что пористое тело (на пример, полученное прессованием порошков) после нагревания до надлежащей температуры обнаруживает «усадку» (т.е. уменьшение (т «внешних» линейных размеров) и становится пропорционально более плотным (пористость его уменьшается);

при этом возрастает также ме ханическая прочность тела [4].

Иногда кроме спекания, различают и явление взаимного «припе кания» нескольких объектов, между которыми создан контакт;

после на гревания из такой группы объектов образуется единый объект, и перво начальный контакт, возможно, имевший место лишь в не скольких точках, ока зывается сплошным, вплоть до полного «исчезновения» вся Рис. 4. Графическая модель спекания компактно-по ких следов поверхно ристого изделия:

а — пористая составляющая, б — компактно-пори- стей раздела между от дельными телами [5].

стая составляющая На рис. 4 приведена графическая модель спекания компактно-по ристого изделия: а — пористая составляющая, б — компактно-пори стая составляющая.

Две «вязкие» капли сферической формы, касающиеся в началь ный момент времени в одной точке, после слияния будут соприкасать ся по кругу радиуса у(t) (рис. 4, а) для пористой составляющей. Для t) t компактно-пористой составляющей — аналогично, только вместо вто рой капли может быть рассмотрена компактная подложка (рис. 4, б).

Используя вышеизложенное разработано программное обеспече ние и проведены численные расчеты, при температуре спекания 1050 °С, результаты которых представлены на рис. 5, 6 (время спекания, ч).

Рис. 5. Расчетные графики спекания пористой составляющей:

а — радиус перешейка у(t) мкм;

б — пористость П % t) t Рис. 6. Расчетные графики спекания компактной и пористой составляющих:

а — радиус перешейка у(t) мкм;

б — процент площади контакта между ком t) t пактной и пористой составляющими (коэффициент припекания) Так, например, графи ческие зависимости на рис. позволяет прогнозировать структурные и каркасные свойства КПМ: а — проч ность и б — фильтрующие свойства изделия (пори стость), графики на рис. прочность сцепления ком Рис. 7. Зависимость среднего размера пор от пактной и пористой состав температуры спекания ляющих.

На основании экспери ментальных исследований была проведена отработка технологических режимов спекания. Результаты прове денных исследований пред ставлены на рис. 7, 8.

На рис. 9 приведена микроструктуры опытного Рис. 8. Зависимость коэффициента припека образца.

ния от температуры спекания Выводы Исследовано влияние технологических параме тров импульсного формо вания и спекания на каркас ные и структурные свойства КПМ.

Исследована зависи мость плотности заготовок Рис. 9. Микроструктуры шлифа опытного образца: из порошка титана от:

1 — пористая составляющая;

2 — граница скорости детонации ВВ, контакта между пористой и компактной удельного импульса давле составляющими;

3 — компактная ния, высоты заряда, высоты составляющая прессуемого контейнера.

Установлена зависимость прессуемости заготовок из порошка ТПП-4 (недопрессовка, перепрессовка, максимум плотности) от пара метров взрывного прессования.

Исследовано влияние температуры спекания на основные свой ства КПМ. Установлено, что наиболее оптимальными условиями, обеспечивающей наиболее рациональное сочетание размера пор и ко эффициента припекания КПМ являются: температура спекания 1000– 1050 °С;

выдержка 2 ч;

охлаждение с печью.

Список используемых источников 1. Александров, В.М. Исследование процесса получения и свойства ком пактно-пористых материалов [Текст]: / В.М. Александров, А.Г. Косторнов, В.К. Шелег;

Порошковая металлургия. — 2009. — Вып. 32. — с. 211–215. — Библиогр.: с. 215.

2. Косторнов, А.Г. Материаловедение дисперсных и пористых метал лов и сплавов [Текст]: / А.Г. Косторнов : Монография в 2-х томах. Киев:

Навукова думка, 2002 г.

3. Крупин, А.В. Обработка металлов взрывом [Текст]: / А.В. Кру-пин, В.Я. Соловьев, Г.С. Попов, М.Р. Крестев. — М.: Металлургия, 1991. — 496 с.

4. Френкель, Я.И., Кинетическая теория жидкостей [Текст]: / Я. И. Френ кель / Изд. АН СССР, М.–Л., 1945, с. 164.

5. Пинес, Б. Я. Спекание, крип, отдых, рекристаллизация и другие явления, обусловленные самодиффузией в кристаллических телах [Текст]: // Б.Я. Пинес / УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК / Т. LII.

УДК 621.983. А.В. Алифанов, 1Г.П. Горецкий, Ж.А. Попова, 2А.С. Демянчик УПРОЧНЕНИЕ ПЛОСКИХ ДЕРЕВОРЕЖУЩИХ НОЖЕЙ ИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ Физико-технический институт НАН Беларуси г. Минск, Беларусь УО Барановичский государственный университет г. Барановичи, Беларусь The wood-cutting knives made of 8Х6НСТ, 8ХФ and 8Х6НФТ tool steels and 8Х6НСТ 8ХФ 6НСТ, 8Х66НФТ hardened by their exposure to a pulsed magnetic eld have undergone successful long-term production tests at different woodworking enterprises of the Republic of Belarus. As compared to analogues knives that had not been subjected to a pulse magnetic processing they demonstrated increase in tool life by 1.6 times and up to 3 times when working oak and ash hard woods and pine, respectively. Thus, their implementation can be recommended for carrying out respective operations at wo odworking enterprises of the Republic of Belarus.

Проблема повышения стойкости и долговечности металло- и деревообрабатывающего инструмента особенно остро встала в по следние годы в связи с резким их удорожанием. В настоящее время до 20 % себестоимости продукции машиностроительных и деревоо брабатывающих предприятий приходится на приобретение режущего инструмента, его повторные заточки и, соответственно на трудовые и энергетические затраты.

Подбор высокопрочной инструментальной стали всегда связы вают со стремлением обеспечить высокую стойкость инструмента, в частности, износостойкость. Используемые в настоящее время раз личные способы повышения ресурса инструментов (специальная тер мообработка, напыление, искровое легирование, лазерная обработка, ионное азотирование и т.д.) требуют применения дорогостоящего обо т рудования, иногда экологически небезопасного, специальной обработ ки упрочняемых поверхностей, дорогих высокопрочных порошков;

после их применения зачастую необходимо дополнительно подвергать упрочненные поверхности шлифованию. В этой связи определенный интерес представляет метод упрочнения стальных изделий магнитно импульсным воздействием.

Сильное импульсное магнитное поле инициирует процессы аусте нитно-мартенситного превращения, образование и дробление карби дов, измельчение зерен, что положительно сказывается на прочностных качествах стальных изделий [1].

Преимуществом магнитно импульсной обработки по срав нению с другими известными ме тодами упрочнения является то, что геометрические параметры и качество поверхности обработан ных изделий не меняются, не тре буются дополнительные операции термообработки, шлифования, сам процесс отличается низким энер гопотреблением и высокой произ водительностью, экологической чистотой.

В данной работе в качестве упрочняемых изделий выбраны плоские дереворежущие ножи, широко применяемые при фрезе- Рис. 1. Магнитно-импульсная уста ровании и строгании различных новка для упрочнения стальных древесных материалов. Для упроч- изделий няющей обработки применялись магнитно-импульсная установка (рис. 1) и специальный плоский индуктор (рис. 2), разработан ные и изготовленные в ФТИ НАН Беларуси.

Для упрочняющей обработ ки были выбраны дереворежущие ножи из стали 8ХФ, применяе мые на УП «Мебельная фабрика «Лагуна» для обработки изде- Рис. 2. Специальный индуктор для лий их твердых пород древесины упрочнения плоских стальных из делий (дуба, ясеня), и ножи из стали 8Х6НФТ, применяемые на ОАО «Барановичидрев» для обработки изделий из сосны.

Магнитно-импульсная уста новка представляет собой генера тор импульсного тока, состоящий из емкостного накопителя электри ческой энергии (высоковольтной конденсаторной батареи), рабочего Рис. 3. Установка ножей на плоский органа (индуктора) и коммутирую щего устройства (высоковольтно индуктор го управляемого разрядника). На верхнюю плоскую часть индуктора помещали партию упрочняемых ножей (на рис. 3 показаны ножи УП «Лагуна»), которые через изо лирующую прокладку с помощью специального приспособления при жимались к индуктору, а сам индук тор прижимался к столу магнитно импульсной установки (рис. 4).

С помощью разрядника про Рис. 4. Общий вид плоского индук изводится разряд конденсаторной тора с крепежным устройством батареи на индуктор. В рабочей зоне индуктора импульсное магнитное поле наводит в находящейся в нем металлической заготовке вихревые токи. В результате взаимодей ствия токов индуктора и заготовки возникают мощные механические усилия, оказывающие давление как на заготовку, так и на индуктор.

Под действием давления происходит упругое обжатие образцов, изме няющее их структуру и прочностные свойства.

В ходе проведения эксперимента проводились измерения микро твердости на упрочняемой поверхности ножей, обработанных при различных величине энергии и количестве импульсов. Измерения про водились твердомером ПМТ-3 по общепринятой методике в соответ ствии с ГОСТ 9450-60. Среднее значение микротвердости образцов из стали 8Х6НФТ до обработки составляло 542 кгс/мм2, после магнитно импульсной обработки — 630 кгс/мм2, а для стали 8ХФ: до обработки составляло 485 кгс/мм2, после магнитно-импульсной обработки — 580 кгс/мм2. Анализ представленных зависимостей показывает, что микротвердость обработанных образцов увеличилась на 16–20 %.

На рис. 5 представлены графики изменения микротвердости обра ботанных ножей из стали 8ХФ (1) и 8Х6НФТ (2) в зависимости от числа импульсов и при значениях энергии импульса 2,5 кДж (рис. 5, а), 4 кДж (рис. 5, б) и 6 кДж (рис. 5, в). Под числом импульсов «0» подразумевает б ся микротвердость ножей до магнитно-импульсной обработки.

Рис. 5. Зависимость микротвердости упрочняемых поверхностей дереворежу щих ножей от энергии и числа импульсов:

1 — нож из стали 8ХФ;

2 — нож из стали 8Х6НФТ;

а — энергия в импульсе 2,5 кДж;

б — энергия в импульсе 4 кДж;

в — энергия в импульсе 6 кДж Из представленных на рисунке графиков зависимостей видно, что микротвердость образцов возрастает как при увеличении энергии в импульсе, так и от числа импульсов.

Показатели микротвердости для образцов из стали 8ХФ во всех случаях ниже, чем из стали 8Х6НФТ, что можно объяснить влиянием соответствующих легирующих элементов.

Можно также отметить, что в данном случае влияние на микро твердость стальных образцов величины энергии в импульсе более эф фективно, чем влияние числа импульсов. Более того с увеличением энергии в импульсе эффективность упрочнения от изменения числа импульсов падает. Из этого можно сделать вывод, что с точки зрения экономии затрат энергии на процесс магнитно-импульсного упрочне ния эффективнее оперировать увеличением энергии в импульсе, чем количеством импульсов. Это подтверждается данными, представлен ными на рис. 5, б и 5, в: при энергии 6 кДж и одном импульсе твердость упрочненной поверхности ножа из стали 8Х6НФТ несколько превы шает 600 кгс/мм2 (затраты энергии — 6 кДж), а при энергии 4 кДж для того, чтобы получить такую же микротвердость необходимо при менить 4 импульса (4 кДж х4 импульса = 16 кДж), то есть в сумме за траты энергии во втором случае превышают затраты энергии в первом случае в 2,5 раза.

Для изучения структуры упрочненного слоя и измерения его тол щины на боковых поверхностях дереворежущих ножей, подвергавших ся магнитно-импульсному упрочнению, были изготовлены шлифы.

Место в шлифе для проведения прицельной металлографии по мечалось тремя отпечатками микротвердости, по которым можно индефицировать определенное место в шлифе. Было проведено трав ление и фотографирование шлифа образцов в исходном состоянии и после магнитно-импульсной обработки. Изучение и фотографирова ние структур были выполнены на металлографическом микроскопе Neophot 21 при увеличении 250.

Рис. 6. Микроструктура образцов из стали 8Х6НФТ:

а — в исходном состоянии;

б — после обработки магнитным полем (250) Рис. 7. Микроструктура образцов из стали 8ХФ:

а — в исходном состоянии;

б — после обработки магнитным полем (250) На фотографиях, представленных на рис. 6 и 7, показаны микро структуры в области упрочненного слоя сталей 8Х6НФТ и 8ХФ соот ветственно. На рис. 6, а и 7, а показаны структуры в исходном состоя нии, а на рис. 6, б и 7, б — после магнитно-импульсной обработки.

На фотографиях (рис. 6, б и 7, б) четко виден упрочненный слой как у образцов из стали 8Х6НФТ, так и из стали 8ХФ. Он выделяется мелкозернистостью и сильно выраженной текстурой, что характерно для деформированных слоев металла. Толщина и вид упрочненного слоя зависит от энергии и количества импульсов. С уменьшением энер гии в импульсе толщина слоя уменьшается, и он имеет более ровный, однородный вид. С увеличением энергии толщина слоя также увели чивается, и он приобретает неоднородный по глубине характер.

Измерения микротвердости по глубине образца показали, что в упрочненном слое микротвердость имеет максимальную величину, а при переходе через явно выраженную границу упрочненного слоя микротвердость заметно уменьшается, но при этом превышает микро твердость основы. Структурно-фазовый анализ показывает, что вблизи от границы слоя преобладает перлит, а ближе к основе количество пер лита и феррита выравнивается.

Для изучения влияния магнитно-импульсной обработки на проч ностные показатели упрочненных ножей были проведены их испы тания в производственных условиях. Для испытаний были выбраны ножи с максимальной микротвердостью упрочненной поверхности:

для ножей из стали 8Х6НФТ она достигалась при энергии 6 кДж и 3 импульсах, а для стали 8ХФ — при энергии 6 кДж и 4 импульсах.

На ОАО «Барановичидрев» ножи, изготовленные из стали 8Х6НФТ и упрочненные магнитно-импульсным воздействием, прош ли опытно-промышленные испытания на четырехстороннем фрезер ном станке Ynamat на операции фрезерования брусков для оконных створок из древесного материала «сосна клееная» в течение двух ме сяцев и показали стойкость, в 3 раза превышающую стойкость таких же ножей, использованных на этой же операции, но не упрочненных магнитно-импульсным методом.

Ножи, изготовленные из стали 8ХФ и упрочненные магнитно-им пульсным воздействием, прошли опытно-промышленные испытания на УП «Мебельная фабрика «Лагуна» на фрезерном деревообрабаты вающем станке ФШС1А на операции фрезерования плоскостей ножек стульев из твердых древесных пород «ясень» и «дуб». За период рабо ты в течение двух недель опытные ножи показали стойкость, более чем в 1,5 раза превышающую стойкость таких же ножей, не упрочненных магнитно-импульсной обработкой (определялась стойкость ножей до их переточки). Кроме того, установлено, что качество обрабатываемых поверхностей деталей улучшилось: снизилась шероховатость, отсут ствуют сколы и подрывы древесины, также отмечена плавность хода ножей, и образование при обработке более мелкой (дробной) стружки, что в совокупности благоприятно сказывается на качестве изделия и снижает энергоемкость процесса резания.

После проведения производственных испытаний были исследо ваны режущие кромки ножей не упрочненных и упрочненных маг нитно-импульсным воздействием. Установлено, что режущие кромки упрочненных ножей практически не затупились, чем можно объяснить и приведенные выше положительные эффекты.

Таким образом, результаты проведенных исследований показы вают высокую эффективность и перспективность разработанного ме тода упрочнения плоских дереворежущих ножей, изготовленных из высоколегированных инструментальных сталей. В то же время уста новлено, что выбор режимов магнитно-импульсной обработки зависит от состава и процентного содержания легирующих элементов, количе ства углерода и других факторов, что требует проведения дальнейших исследований.

Список использованных источников 1. Алифанов, А.В., Анисович А.Г., Амельянчик С.А., Кривонос Ю.И. Магнитно импульсная упрочняющая обработка металлических изделий / Материалы 9-й Международной практ. конф. «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и тех нологической оснастки», 10–13 апреля 2007 г., СПб.: Изд-во политехн. уни верситета, 2007, в 2-ч частях;

часть 1. — 509 с.

УДК 621.785.33+621.793. В.В. Клубович, В.В. Рубаник, Д.А. Багрец ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫЕ СВОЙСТВА TiN ПОКРЫТИЙ ПОСЛЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОТЖИГА Институт технической акустики НАН Беларуси, г. Витебск, Беларусь In this work the decorative and protective properties of TiN coatings on aus tenitic stainless steel which were formed by vacuum-arc deposition were investigat ed. It was explored the inuence of annealing conditions (time and temperature) on chemical elements distribution on coating surface. It was shown that annealing at air results in considerable diffusion of elements of basis to the surface that causes the reduction of corrosion resistance of TiN coatings. It was also shown the princi pal possibility to control of colour characteristics of TiN lms due to heat treatment at different temperature and time that expand their usage as decorative coatings.

Покрытия на основе нитрида титана (TiN), полученные методами ионно-плазменного осаждения, нашли широкое применение в маши ностроении, медицине, производстве товаров народного потребления и других отраслях народного хозяйства благодаря своим физико-меха ническим и защитно-декоративным свойствам. Такие покрытия харак теризуются как повышенной износо- и коррозионной стойкостью, так и широкой цветовой гаммой и светорассеивающими характеристиками.

Для снятия внутренних напряжений, возникающих в процессе осаждения покрытий, применяется термообработка (ТО), в результа те которой за счет протекания диффузионных процессов происходит изменение химического состава и микроструктуры пленки нитрида титана и материала основы. Так, отжиг TiN покрытий в интервале тем ператур 100–700 °С в течение 1–10 часов приводит к формированию диффузионной зоны между покрытием и подложкой, а само покрытие приобретает оттенок золотисто-желтого цвета в зависимости от режи ма нагрева и охлаждения [1].

Известно, что интенсивное окисление покрытий на основе ни трида титана начинается при температуре 500 °С. Однако уже при низ ких температурах на поверхности покрытия образуется тонкий слой твердого раствора TiN – TiO, подобный псевдоаморфным слоям, на блюдающимся при окислении металлов. При достижении определен ной критической толщины этот слой во внешней своей части начина ет превращаться, при этом на первой стадии происходит химическое взаимодействие нитрида титана с кислородом, на второй — диффузия кислорода к нитриду титана через окисную пленку [2]. Кроме того, увеличение температуры и времени термообработки (отжига в окис лительной среде) может приводить к снижению прочности сцепления покрытия с подложкой из-за охрупчивания поверхностных слоев [3], а также ухудшению защитных свойств нитрида титана за счет увеличе ния площади очагов коррозии [4].

Целью данной работы являлось исследование влияния режимов термообработки на защитно-декоративные свойства TiN покрытий, осажденных на стали Х18Н10Т. Т.

Т В качестве подложек для нанесения TiN покрытий использовали образцы из аустенитной нержавеющей стали (Х18Н10Т), предвари тельно подвергнутые полному циклу подготовки поверхности (поли ровка, очистка, обезжиривание, промывка и сушка) в соответствии с типовым технологическим процессом нанесения защитно-декоратив ных покрытий на металлические зубные протезы. Непосредственно перед осаждением покрытия образцы подвергали ионной бомбарди ровке с ускоряющим напряжением до 1100 В с целью нагрева и ак тивации поверхности. TiN покрытие и подслой титана формирова ли вакуумным электродуговым методом при токе дуги I = 90А, вре мени осаждения t = 15 мин, температуре подложки при напылении T = 370±20 °С, давлении азота 0,4 Па из сепарированного плазменного потока. Образцы с покрытиями подвергали отжигу на воздухе при сле дующих режимах (табл. 1):

Табл. Режимы термообработки образцов с TiN покрытиями Номер образца Режим ТО 1 2 3 4 Температура, °С – 150 150 300 Время, мин – 40 15 40 Морфологию и структуру поверхности образцов с покрытиями исследовали на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) высо кого разрешения «Mira» фирмы «Tescan» (Чехия) при ускоряющем на пряжении 20 кВ. Для анализа элементов, присутствующих в покрытии и подложке, использовали съемку в характеристическом рентгенов ском излучении. Адгезию покрытия к подложке и коэффициент трения измеряли с помощью автоматического комплекса для исследования процессов трения с использованием алмазного индентора по Роквеллу.

Колористические измерения проводили с помощью спектрометра S фирмы Solar. Для определения цветового тона и насыщенности TiN по крытий использовали цветовую модель XYZ. В качестве эталона для сравнения цветовых характеристик использовали образец из золотого сплава ЗлСрМ 900–40 для производства стоматологических дисков.

Электронно-микроскопические исследования показали, что мор фология поверхности TiN покрытий для всех образцов имеет одинако вый вид: на поверхности покрытий присутствуют как частицы капель ной фракции, так и поры (рис. 1).

Основным механизмом перераспределения атомов подложки и их Рис. 1. Морфология поверхности TiN покрытия миграции к поверх ности покрытия яв ляется ионно-стиму лированная диффу зия в процессе осаж дения TiN пленки [5]. Отжиг образцов на воздухе стимули рует диффузионные процессы на границе Рис. 2. Распределение элементов подложки на по- «покрытие – подлож верхности TiN покрытий для различных образцов ка», и с увеличением температуры интен сивность диффузии резко возрастает (рис. 2). Так, после отжига при температуре 150 °С (образцы № 2 и № 3) концентрации элементов под ложки составляют для железа — 4,2–4,5 %, хрома — 1,3–1,4 %, никеля — 0,3–0,4 %, а после отжига при 300 °С (образцы № 4 и № 5) соответствен но для железа — 9 %, хрома — 3 %, никеля — 0,9 %, что в 3–3,5 раза превышает соответствующие значения концентраций для образца без термообработки. При этом увеличение времени отжига с 15 до 40 мин практически не влияет на распределение элементов подложки на по верхности TiN покрытия.

Исследование микроструктуры поверхности TiN покрытий (рис. 3) выявило наличие значительного количества дефектов (прежде всего, сквозных пор) на поверхности пленки нитрида титана для образцов, отожженных при 300 °С, что свидетельствует о развитии коррозионных процессов и, как следствие, ухудшении барьерных свойств TiN покрытий.

Проведенные ранее исследования показали, что прочность сце Рис. 3. Структура поверхности TiN покрытий для образцов № 1 (а) и № 5 (б) пления TiN покрытия снижается на 25–30 % после отжига при тем пературе 150 °С из-за охрупчивания поверхностных слоев при ТО на воздухе [3]. Однако в настоящей работе не выявлено уменьшения ад гезионной прочности пленок нитрида титана, отожженных при разных режимах, по сравнению с образцами без термообработки. Значение критической нагрузки, при которой происходит фрагментация покры тия на отдельные блоки с одновременным снижением содержания Ti в спектре, для всех образцов (за исключением № 5) составляет порядка 75–76 Н, что соответствует прочности сцепления исходного TiN по крытия (табл. 2).

Табл. Адгезионная прочность и коэффициент трения образцов с TiN покрыти ями Номер образца Свойства TiN покрытий 1 2 3 4 Адгезионная прочность, Н 74 75 76 75 Коэффициент трения 0,55 0,45 0,55 0,65 0, На рис. 4 представлена стандартная диаграмма МКО в системе координат XY, на которой изображены точки D65 (стандартный ис точник усредненного дневного света) и О. Для оценки цветности ис следуемого образца были определены следующие характеристики:

доминирующая длина волны (d) и чистота цвета (p). Значение d, ( которое определяет цветовой тон, относящийся к определенной зоне спектра видимых излучений, определяется в точке пересечения отрезка, проходящего через точки D65 и О, с линией локуса цветово го графика. Для образца без термо обработки это значение составило 577 нм, что соответствует желто оранжевому участку диаграммы МКО (рис. 4).

Чистота (насыщенность) цве та p определяет степень приближе- Рис. 4. Диаграмма цветности для об разца без термообработки ния точки на цветовом графике к цвету той части спектра, которая опре деляется доминирующей длиной волны и вычисляется по формуле:

y0 yd p= (1), y yd где y0 — координата цветности выбранной точки на диаграмме;

yd65 — d координата цветности стандартного источника белого света;

y — ко ордината цветности спектрально-чистого цвета с длиной волны.

Для образца без термообработки значение чистоты цвета соста вило 46 %.

Аналогичным образом были определены значения d и p для всех образцов с TiN покрытиями (табл. 3).

Табл. Цветовые характеристики образцов с TiN покрытиями для источника света D Цветовые характеристики в системе XYZ Номер Цветовой Чистота Яркость, образца Участок спектра тон, нм цвета, % усл. ед.

эталон 583 48 28,0 оранжевый 1 577 46 29,5 желто-оранжевый 2 578 49 39,7 желто-оранжевый 3 578 51 16,8 желто-оранжевый 4 579 54 31,6 желто-оранжевый 5 578 51 19,3 желто-оранжевый Из полученных результатов видно, что все образцы с TiN покры тием имеют желто-оранжевый оттенок с длинами волн в диапазоне 577–579 нм, в то время как у эталона значение цветности составляет 583 нм (оранжевый участок спектра). Исходный образец по цветовому тону наименее близок к эталону, а наибольшее приближение к этало ну по величине d наблюдается у образца № 4. Для этого же образца характерно: во-первых, максимальная чистота цвета — 54 %, что на 6 % превышает соответствующий параметр для золотого сплава, во вторых, высокое значение яркости — 31,6 усл.ед. против 28,0 у эталона.

Наибольшая яркость наблюдается у образца № 2 — 39,7 усл. ед., для него также характерна более высокая (по сравнению с золотом) насы щенность цвета — 49 %. В соответствии с табл. 1 образцы № 2 и № подвергались отжигу при различных температурах, но при одном и том же времени — 40 мин. В свою очередь, образцы с минимальными чи стотой цвета и яркостью (№ 3 и № 5) были отожжены в течение 15 мин.

Поэтому, можно сделать вывод о том, что термообработка TiN покры тий на воздухе существенным образом не влияет на оттенок пленки ни трида титана, а приводит только к изменению насыщенности и яркости, при этом решающий вклад вносит время отжига, а не температура.

Таким образом, отжиг образцов с TiN покрытиями на воздухе привел к значительной диффузии элементов подложки к поверхности, в особенности, при температурах 300 °С и выше, что существенно ограничивает применение TiN пленок в качестве защитных покрытий.

Исследование процессов трения образцов с TiN покрытиями после низкотемпературного отжига не выявило снижения адгезионной проч ности покрытий для различных режимов ТО. Однако отжиг при 300 °С привел к повышению коэффициента трения пленки нитрида титана, что может быть связано с усилением термодиффузии на границе «по крытие – подложка». Влияние термообработки на декоративные свой ства TiN покрытий выражается в повышении чистоты цвета и яркости с увеличением времени отжига до 40 мин.

Список использованных источников 1. Патент SU 1760987, МПК С23С 14/34. Способ получения защитно декоративных покрытий в вакууме из нитрида титана на изделиях из метал ла, стекла, керамики / Е.В. Кремко. — заявл. 01.10.91;

опубл. 07.09.92.

2. Канунников М.Ф., Баянкин В.Я., Гильмутдинов Ф.3. и др. Окисление покрытий на основе нитрида титана на воздухе при умеренных температу рах // Физика и химия обработки материалов. — 1989, № 5, с. 118–121.

3. Рубаник В.В., Багрец Д.А., Маркова Л.В. Исследование адгезионных свойств TiN покрытий, осажденных на стали Х18Н10Т, после низкотем пературного отжига. Научно-техническая конференция молодых ученых «Инновации в науке, промышленности и образовании»: сборник материалов / Витебск, 2010 — с. 13–16.

4. Семченко Н.И., Казаченко В.П., Попов А.Н. Влияние температуры отжига на защитные и триботехнические свойства многослойных алмазо подобных покрытий // Трение и износ. — 2006, т. 27, № 4, с. 403–408.

5. Клубович В.В., Рубаник В.В., Багрец Д.А., Маркова Л.В. Свойства TiN покрытий, осажденных на стали Х18Н10Т, после низкотемпературно го отжига в окислительной среде. 50-й Международный научный симпозиум «Актуальные проблемы прочности»: сборник материалов. Ч.2 / УО «ВГТУ» — Витебск, 2010 — с. 213–215.

УДК 533.9:669. А.В. Басалай, 1А.Г. Анисович, В.В. Ажаронок, 2С.В. Гончарик, И.И. Филатова, 2Н.И. Чубрик ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ ВОЗДУХА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ Физико-технический институт НАН Беларуси Институт физики НАН Беларуси г. Минск, Беларусь Investigation of cast copper samples was performed in their initial condition and after exposure to cold plasma. Inuence of processing time on structure and microhardness depending on time of exposure to plasma is considered. It is estab lished, that for the samples of copper processed by plasma a more uniform distri bution of microhardness is observed with increasing the distance from the surface.

Cold plasma essentially increases dispersion of structure. Thus, low-energy plasma improves mechanical and operational properties of copper.

Введение Известно, что одним из активно развивающихся направлений в физике твердого тела является разработка высокоэффективных ме тодов модификации поверхности металлических тел. Традиционно, с целью получения требуемых поверхностных свойств применяются методы химико-термической обработки, азотирования и т.д. В послед т нее время широкое распространение получили технологии, основан ные на использовании лазерного излучения, электронных и ионных пучков, потоков плазмы, которые обладают возможностью обработки поверхностей различной площади и формы, кратковременностью воз действия, использованием рабочего вещества (газа) одновременно как для нагревания приповерхностных слоев, так и для их легирования.

В последнее время широко используется так называемая «холод ная» плазма, с газокинетической температурой Tg 350К и температу рой электронов Te на уровне 2 эВ. Плазменная обработка предоставляет уникальные возможности для формирования повышенного комплекса свойств материалов. Возможности использования «холодной» плазмы достаточно разнообразны. В частности она достаточно широко при меняется в машиностроении для нанесения тонких пленок и защитных покрытий, упрочнения рабочих поверхностей деталей машин. Однако законченные физические представления о механизмах изменения сплошной структуры металлов и сплавов при воздействии на них «хо лодной» плазмы в настоящее отсутствуют.

Цель настоящей работы — исследование изменения структуры и механических свойств сплошных образцов литой меди в зависимости от времени воздействия на нее неравновесной «холодной» плазмы воз духа при давлениях P порядка 1 Торр.

Материал и методика исследований Объектом исследований являлись образцы литой меди М1 цилин дрической формы диаметром 20 мм и толщиной 10 мм.

Для проведения исследований использовался экспериментальный стенд Института физики НАН Беларуси на основе генератора высокочастотного (f = 5,28 МГц) тока, позволяющий проводить ( обработку тестируемых образцов низкотемпературной неравновесной плазмой низкого давления в атмосфере молекулярных и атомных газов, (рис. 1). Инфраструктура стенда (6, 8, 9, 10) позволяла контролировать условия обработки.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментального стенда:

1 — высокочастотный генератор, 2 — разрядная камера (РК), 3 и 3 — высо ковольтный и заземленный электроды разрядной камеры, 4 — кварцевое окно разрядной камеры, 5 — индукционная катушка, 6 — киловольтметр, 7 — конденсатор, 8 — пояс Роговского, 9 — объектив, 10 — спектрометр (цифровая видеокамера) Образцы располагались на охлаждаемом проточной водой заземленном электроде 3 РК (рис. 2, а) и подвергались объемному (рис. 2, б) воздействию возбуждаемой в РК плазмы воздуха. Время об работки составляло 5, 10, 20 и 40 минут.

минут Оцененный с помощью киловольтметра 6 и пояса Роговского (рис. 1) удельный энерговклад в разряд составлял порядка 0,8 Вт/см3.

Газокинетическую температуру плазмы Tg конторлировали спектро скопическими методами с применением спектрометра (10).

Типичные для используемых режимов обработки распределения Тg(l) вдоль межэлектродного промежутка 0 l 20 мм разрядной каме l) l ры 2 (рис. 1) приведены на рис. 3.

Металлографическую структуру медных образцов исследовали с помощью оптического микроскопа МИКРО-200. Анализ структуры всех образцов производился в одних и тех же местах по глубине от контактировавших с плазмой их торцевых поверхностей.

Определение микротвердости проводили с помощью прибо ра ПМТ-3. При этом, как и при анализе структуры, микротвердость определяли на поперечном шлифе на одном и том же расстоянии от торцевой поверхности.

Рентгеноструктурный анализ осуществлялся на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 в поле излучения линии CuK.

Результаты исследования и их обсуждение На рис. 4 представлена микроструктура поперечных шлифов об разцов меди до и после их плазменной обработки.

Рис. 2. Схема воздействия плазмой на образцы литой меди:

а — схема расположения образца в РК экспериментального стенда;

б — фото графия образцов в возбуждаемой в РК воздушной плазме при P = 1 Торр После обработки плазмой на блюдается измельчение зерна по сравнению с исходным образцом.

В поверхностной зоне средний раз мер зерна для исходного образца составлял порядка 50 мкм, а для образца обработанного плазмой в течение 10 минут — 20 мкм. На расстоянии 2 мм от поверхности средний размер зерна для исходного Рис. 3. Распределение газокине образца был ~50 мкм, для образца тической температуры воздушной обработанного плазмой в течение плазмы Tg(l) вдоль межэлектродного l l) 5 минут — ~13 мкм, а для образца промежутка РК:

после 40 минутной обработки — 1 — давление P = 1 Торр;

12,5 мкм (рис. 5). Видно, что наи- 2 — P = 5 Торр более сильное изменение структур наблюдается после обработки плазмой в течение 40 мин. Полученные данные свидетельствуют о том, что холодная плазма может изменять структуру литой меди на достаточно больших (порядка тысяч мкм) рас стояниях от подверженной ее воздействию поверхности образца.

Рис. 4. Микроструктура поверхностной зоны литой меди:

а — исходной;

б, в, г, д — обработанной плазмой в течение 5, 10, 20 и 40 мин соответственно Рис. 5. Зависимость среднего размера зерна от времени обработки плазмой а — на расстоянии 2 мм от поверхности и б — поверхностной зоне Обработка исследуемых образцов меди плазмой приводит также к существенному изменению микротвердости меди (рис. 6).

Из представленных на рис. 6 графиков видно, что на расстоянии 20 мкм от поверхности значения микротвердости всех тестируемых медных образцов уменьшаются. После обработки, по мере удаления от поверхности, значения микротвердости выравниваются, а в некото рых участках среза микротвердость повышается. Значения микротвер дости образцов обработанных, плазмой в течение 20 и 40 минут рас пределены по глубине более равномерно, чем значения для исходного образца. Наиболее вероятной причиной возникновения наблюдаемых особенностей в распределениях микротвердости могут являться уста новленные методами микроструктурного анализа соответствующие изменения структуры изучаемых объектов.

Максимальный разброс значений микротвердости представлен на рис. 7. Для всех образцов, обработанных плазмой, разброс значе ний микротвердости при увеличении времени обработки снижается.

При этом более равномерное распределение микротвердости (мини мальный разброс) наблюдается при плазменной обработке в течение 5 минут.

минут Перераспределение интенсивности интерференционных линий рентгенограммы наиболее сильно выражено для линии (200) (рис. 8).

Видно, что при обработке плазмой продолжительностью 20 минут ин тенсивность линии (200) наиболее близка ее к табличному значению.

Для остальных линий, характерных для меди, перераспределение ин тенсивностей не существенно.

Рис. 6. Изменение микротвердости меди в зависимости от расстояния от по верхности:

а — обработка плазмой 20 мин и б — 40 мин Изменение интенсивности может быть связано с изменением напряженного состояния метал ла после воздействия плазмой. В частности это могут быть напряже ния 3-го рода, которые возникают за счет статических смещений ато мов из положений равновесия [1].

Заключение Рис. 7. Максимальный разброс зна В результате выполненных чений микротвердости для каждого исследований изучены изменения образца в зависимости от времени обработки физико-механических свойств ли той меди в результате воздействия на нее неравновесной «холодной»

плазмы воздуха с газокинетической температурой 350 К и давлением 1 Торр.

Рассмотрено влияние продол жительности обработки на струк туру и микроствердость литой меди. Установлено, что для Рис. 8. Изменение интенсивности ин терференционной линии (200) обработанных плазмой образцов меди наблюдается более равномерное распределение микротвердости при удалении от поверхности контакта образца с плазмой. Выявлено существенное повышение дисперсности структуры.

На основании полученных данных отмечено, что применявшеяся для обработки плазма высокочастотного емкостного разряда улучшает механические и эксплуатационные свойства меди.

Список используемых источников 1. Физическое металловедение / Я.С. Уманский [и др.]. — М.:

Металлургия, 1955. — 724 с.

УДК 621.9.048. Э.Г. Биленко ВЛИЯНИЯ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ СТАЛЕЙ Физико-технический институт НАН Беларуси г. Минск, Беларусь Inuence of ionic-beam processing on behaviors steels 40Х, У8А and 40Х 40Х, У 8А 40Х during shock stressing is studied. It is established, that the ionic-modied layer co nsisting of nitrides of iron, increases work of destruction on 25–30 % than after te mpering at meeting temperatures due to formation of a zone of internal nitriding.

Ионно-лучевая обработка с высокой плотностью ионного тока азо том сплавов на основе железа приводит к формированию на поверхно сти модифицированного слоя, физико-механические свойства которого в значительной степени отличаются от свойств нижележащих слоев.

В зависимости от флюенса ионов возможно образование в по верхностных слоях метастабильных (пересыщенных) твердых раство ров, выделений новых фаз, а также потери дальнего порядка в располо жении атомов, образующих кристаллическую решетку твердого тела [1, 2]. Определение конкретных концентрационных и температурных параметров реализации той или иной структуры представляет доста точно сложную задачу, требующую учета параметров ионно-лучевой обработки (энергия, плотность ионного тока, температура процесса), а также исходной структуры обрабатываемого материала [3].

Методика проведения исследований Для определения прочности и пластичности модифицированного слоя, образовавшегося на сталях 40Х, У8А и 40Х13 в процессе ионно лучевого азотирования образцы изготавливались без надреза. Высота образов составляла 5,36–7,5 мм, ширина 8,16–10,01 мм. Поверхность образцов подвергалась механической шлифовке до шероховатости Ra не более 0,64 мкм. Ионно-лучевая обработка образцов осуществлялась на базе вакуумной установки УВН-2М, оснащенной ионным источни ком типа УАС. Азотирование полиэнергетическим потоком ионов про водилось при энергии 2,5 кэВ и плотностью ионного тока ~2 мА/см2, до набора дозы внедренных ионов ~31019 см–2. Поверхность образцов насыщалась азотом при температурах 670, 720 и 770 К.

Измерение дюрометрических характеристик проводили при на грузке 150 кгс на твердомере (шкала С) по ГОСТ 9013-59.

Для определения вязкости упрочненного слоя и упрочненной ста ли образцы подвергали испытаниям на ударный изгиб по ГОСТ 9454 78 на маятниковом копре PSWO 30. При этом нагрузку прикладывали как со стороны подложки, так и со стороны модифицированного слоя.

Образцы изготавливались без надреза. Высота образов составляла 5,36–7,5 мм, ширина 8,16–10,01 мм. Максимальная энергия удара при испытаниях — 150Дж, скорость маятника в момент удара — 5,6 м/с.

Результаты исследований и их обсуждение Динамическое нагружение позволяет определить стойкость ма териала к ударным нагрузкам. Ударная вязкость зависит от прочности и пластичности испытуемого материала [4]. Полученный в результате низкоэнергетической ионно-лучевой обработки слой имеет более высо кую прочность и меньшую пластичность по сравнению с объемом ма териала. Это подтвердили результаты испытаний (рис. 1–3), в которых направление удара приходилось со стороны основы образца (кривая 2).

В этом случае модифицированный слой, находящийся в зоне растяже ния образца, подвергается пластической деформации. Растрескивание слоя не позволяет столь эффективно ослаблять напряжения растяже ния, как в случае статического изгиба. На поверхности возникает маги стральная трещина, которая, кото рая снижает работу разрушения об разца. Ударная вязкость лишь 50 % выше, чем у стали с закаленной структурой и на столько же ниже чем после отпуска при соответ ствующей температуре, подтверж дает вывод о низкой пластичности нитридного слоя.

Для определения прочности упрочненных образцов удар нано Рис. 1. Влияние температуры ионно лучевого азотирования на ударную вяз- сился с имплантированной сторо кость (1–3) и твердость (4) стали 40Х: ны. При такой схеме нагружения 1 — нагружение со стороны упроч- упрочненный слой первый вос принимает приложенную нагрузку ненного слоя;

2 — нагружение со стороны основы;

3 — отпуск без и разрушается под ее действием.

азотирования Поскольку слой имеет высокую твердость и представляет собой твердую корку с низкой пластич ностью, она не сминается, а рас трескивается, тем самым блокирую удар. Основа стали, которая в про цессе ионно-лучевой обработки подверглась отпуску, растягивает отпуску ся без образования трещин. На ее поверхности образуется одна ма гистральная трещина разрушения. Рис. 2. Влияние температуры ионно При этом во всем температурном лучевого азотирования на ударную вяз интервале имплантации работа кость (1–3) и твердость (4) стали У8А:

разрушения, в среднем на 25–30 %, 1 — нагружение со стороны упроч а для 40Х13 на 50 % выше, чем по- ненного слоя;

2 — нагружение со сле отпуска при соответствующих стороны основы;

3 — отпуск без температурах (кривые 1 и 3). азотирования Для углеродистых и низколе гированных сталей характерно по вышение работы разрушения с ро стом температуры ионно-лучевой обработки за счет образования мо дифицированного слоя, состоящий преимущественно из ’-Fe4N [5, 6]. Из рис. 1–3 видно, что с ростом температуры работа разрушения увеличивается. Это связано как с увеличением толщины модифици рованного слоя, так и увеличением Рис. 3. Влияние температуры ионно концентрации фазы ’-Fe4N [5, 6].

лучевого азотирования на ударную Основной эффект воздей- вязкость (1–3) и твердость (4) ствия междузельных атомов на стали 40Х13:

механические свойства состоит в 1 — нагружение со стороны упроч том, что они скапливаются на дис- ненного слоя;

2 — нагружение со локациях и препятствуют их дви- стороны основы;

3 — отпуск без жению, вызывая упрочнение [7]. В азотирования последующем образуются зароды ши нитридных фаз на дислокациях, которые сами уже обуславливают дальнейшее сопротивление их движению. Поэтому атомы внедрения служат в качестве зародышей упрочняющих фаз.

В высокохромистых сталях также наблюдается повышение рабо ты разрушения стали с увеличением температуры ионно-лучевой об работки. Это связано с такими факторами, как отпуск основы стали в процессе ионно-лучевого азотирования, а также наличием высоко прочного модифицированного слоя [8, 9]. Из рис. 3 видно, что переход от слоя с содержанием нитридов железа (температура обработки 670 К) к слою состоящему преимущественно из нитрида хрома (температура обработки 770К) повышает ударную вязкость на 70 %.


Выводы Таким образом показано, что с помощью низкоэнергетического ионно-лучевого азотирования можно существенно увеличить ударную вязкость закаленных сталей. Повышение работы разрушения углеро дистых сталей в среднем на 25–30 % по сравнению со сталью после отпуска при соответствующих температурах связано с образованием зоны внутреннего азотирования. Формирование на поверхности стали 40Х13 приповерхностного слоя, состоящего из нитрида хрома, позво ляет повысить ударную вязкость на 70–100 %.

Список использованных источников 1. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М., 1990.

2. Комаров Ф.Ф., Новиков А.П., Буренков А.Ф. Ионная имплантация.

П., П Минск Минск, 1994.

3. Белый А.В., Кукареко В.А., Лободаева О.В., Таран И.И., Ших С.К. Ионно ИИ СК лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. Минск, 1998.

металлов Минск 4. Погодин-Алексеев Г И. Свойства металлов при ударном нагружении.

-Алексеев Г.И Алексеев Москва.: Металлургия, 1953, 355 с.

5. Биленко Э.Г., Вегера И.И. Влияние скоростной термической обработки Г Г., ИИ с последующим ионно-лучевым азотированием на физико-механические свой -лучевым - ства стали 40Х // Трение и износ. — 2008. — Т. 29. — № 6. — С. 419–422.

40 Т С. 419– 6. Биленко Э.Г., Кононов А.Г., Таран И.И., Ших С.К. Влияние ион Г., Г Г., Г ИИ СК но-лучевого азотирования на свойства инструментальной стали У8А // -лучевого -лучевого У 8А «Современные методы и технологии создания и обработки материалов» — 2008: Сб. науч. тр. ФТИ НАН Беларуси. Минск, октябрь 2008 г.

Минск 7. Аверин В.В., Ревякин А.В., Федорченко В.И., Козина Л.Н. Азот в ме И., И ЛН таллах. — М.: Металлургия, 1976, 224 с.

М 8. Белый А.В., Биленко Э.Г., Кукареко В.А. Структура и физико-механи Г Г., -механи ческие свойства стали 40Х13, подвергнутой ионно-лучевой обработки азо 40Х13, Х -лучевой том // Трение и износ. — 2003. — Т. 24. — № 5. — С. 497–502.

Т С. 497– 9. Белый А.В., Кукареко В.А., Биленко Э.Г., Сипач В.С. Ионно-лучевое Г Г., С.

С -лучевое азотирование и его влияние на циклическую долговечность хромсодержащих сталей // «Взаимодействие ионов с поверхностью» — 2005: Сб. науч. тр., « Россия, г. Звенигород, август 2005 г.

УДК 533.9. С.В. Бордусов., С.И. Мадвейко ПРОЦЕСС УДАЛЕНИЯ ФОТОРЕЗИСТИВНЫХ ПЛЕНОК С ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН В ПЛАЗМЕ СВЧ РАЗРЯДА Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники г. Минск, Беларусь At present particularly actual are researches for nding new technical meth ods of plasma treating of materials including the development of energy and resou rce saving technologies for microelectronic manufacturing.

In order to improve the efciency of the microwave plasma chemical ashi ng of photoresist lms from the surface of silicon wafers the two-stage process of treating was developed. The idea of the developed process is that the wafers with the photoresist are pre-heated by microwave energy. This occurs because the micr owave energy at the initial time is not spent on the excitation and maintenance of a microwave discharge but it is absorbed by silicon wafers which have a high tangent of dielectric losses. In the next step after the excitation of the microwave discharge the interaction of oxygen plasma with a pre-heated photoresist lms proceeds more intensively.

The delay of the start of plasma forming process in the vacuum chamber of the plasmatron relative to the beginning of the generation of microwave energy by the magnetron leads to the increase of the total rate of photoresist ashing from the surface of silicon wafers approximately in 1.7 times.

The advantage of this method of microwave plasma chemical processing of semi-conductor wafers is the possibility of the intensication of the process without changing the design of microwave discharge module and without increasing the input microwave power deposited into the discharge.

В применяемых в настоящее время технологических процессах плазмохимического удаления фоторезиста с поверхности полупрово дниковых пластин в большинстве случаев используются высокоча стотные (ВЧ) или сверхвысокочастотные (СВЧ) разряды, к основному недостатку которых относится инерционность процесса в начальный момент плазмообразования. Удаление фоторезиста начинается с неко торой задержкой, связанной с прогревом элементов конструкций реак ционно-разрядной камеры (РРК) и пластин, причем величина задержки зависит от начальной температуры РРК и пластин, и, следовательно, от размеров РРК и объема, занимаемого полупроводниковыми пластина ми [1]. Переход микроэлектронной промышленности на использова ние полупроводниковых пластин диаметром 200 мм и более требует применения РРК объемом свыше 0,005 м3, что в значительной степени влияет на величину задержки плазменного удаления фоторезистивного материала. При формировании СВЧ разрядов больших объемов и пло щадей существуют также определенные конструктивные трудности, поскольку для использования в промышленных целях СВЧ разрядные плазменные источники разрабатываются под частоту 2,45 ГГц, для ко торой характерна небольшая длина электромагнитной волны (12,2 см в открытом пространстве [2]) и малая глубина проникновения электро магнитного поля в плазму [3].

В процессе проведения экспериментов по удалению фоторезиста с поверхности кремниевых пластин при групповой обработке уста новлен специфический характер проявления эффекта «загрузки», за ключающийся в частичном поглощении поступающей в область СВЧ резонатора мощности электромагнитной волны материалом с высо ким значением тангенса угла диэлектрических потерь (кремний) [4, 5].

Особенности взаимодействия СВЧ энергии с материалом кремниевых пластин следует не только учитывать, но и использовать при разработ ке и проведении процессов их обработки в плазме СВЧ разряда.

Процесс плазмохимического удаления фоторезиста заключается во взаимодействии активных частиц, как правило, кислородной плазмы — атомов, возбужденных молекул, ионов, радикалов — с молекулами фоторезиста, представляющими собой сложные органические соеди нения [6]. Скорости этих реакций определяются потоками частиц на подложку и ее температурой. Поэтому, по мере увеличения размеров РРК, количества и диаметра обрабатываемых в камере плазмотрона полупроводниковых пластин необходимо увеличивать мощность под водимого СВЧ излучения. Поскольку СВЧ магнетроны средней мощ ности технологического назначения имеют максимальную мощность порядка 0,8–1,5 кВт [7], возникает необходимость создания допол нительных стимулирующих воздействий на процесс групповой СВЧ плазмохимической обработки материалов.

Известные в настоящее время способы управления процессами плазмохимической обработки полупроводниковых пластин с использо ванием газовой плазмы СВЧ разряда можно условно разделить на две группы: за счет изменения электрических режимов обработки (мощ ность, частота и форма электрических импульсов, и т.д.) и путем изме т нения неэлектрических операционных режимов (давление, сорт газа, скорость газового потока и т.д.) [8]. Эти способы не всегда являются т достаточно эффективными, а так как увеличение скорости удаления фоторезиста с поверхности полупроводниковых пластин пропорцио нально величине подводимой к разряду суммарной мощности от раз личных источников энергии, то интерес представляет стимулирование процесса обработки такими видами воздействий, как бомбардировка ионами инертных газов, излучением лазера, воздействием электрон ным потоком, термическим нагревом до начала обработки, нагревом инфракрасным излучением и т.д. [9].

т Широкое применение дополнительных методов стимулирования процессов плазменной обработки материалов сдерживается неразра ботанностью технологий, а также конструктивными различиями плаз мохимического оборудования.

В целях стимулирования процесса СВЧ плазмохимического уда ления фоторезиста с поверхности полупроводниковых пластин нами предложено использовать СВЧ нагрев до начала плазменной обработ ки. В период отсутствия плазмы в РРК при СВЧ нагреве происходит выделение тепла непосредственно в объеме полупроводникового ма териала без участия механизма теплопередачи от плазмы к пластинам.

Реакция плазмохимического удаления фоторезиста является эндотер мической, следовательно, на стадии плазменной обработки предвари тельно разогретый фоторезист будет удаляться быстрее.

Целью проведенного цикла исследований являлось изучение це лесообразности применения этого метода при создании новых высоко производительных технологий и возможности использования его при проведении процессов СВЧ плазмохимического удаления материалов на уже имеющемся на предприятиях оборудовании.

Исследования проводились на базе лабораторной СВЧ разрядной установки с расположенном в центре резонатора кварцевым тунельно проточным реактором диаметром 200 мм и длинной 320 мм объемом около 0,009 м3. В качестве генератора электромагнитных колебаний ис пользовался СВЧ магнетрон М-112 с мощностью электромагнитных колебаний не менее 650 Вт, КПД не менее 60 %. Экспериментально из меренная общая мощность энергопотребления установкой составляла 1300 Вт.

В качестве объектов обработки применялись полупроводни ковые пластины монокристаллического кремния диаметром 76 мм толщиной 0,3 мм с нанесенной на поверхности пленкой фоторезиста S1813G2SP15 толщиной 1,4±0,1 мкм, обработанной по стандартным режимам операции фотолитографии. При проведении экспериментов по изучению скорости удаления фоторезиста кремниевые пластины располагались в РРК по 2 штуки.

Момент окончания процесса СВЧ плазмохимического удаления фоторезиста с поверхности кремниевых пластин контролировался с помощью спектрометра SL 40-2-2048 ISA по интенсивности линии кислорода 777,96 нм. В качестве плазмообразующего газа использо вался баллонный О2.

Температура кремниевых пластин измерялась с помощью пиро метра (инфракрасный термометр) Testo 830-T1.

В результате проведения экспериментов по СВЧ плазмохимиче скому удалению фоторезиста с поверхности кремниевых пластин было установлено, что задержка процесса плазмообразования в вакуумной камере плазмотрона по отношению к началу генерации СВЧ энергии магнетроном приводит к увеличении скорости удаления фоторезиста с поверхности кремниевых пластин примерно в 1,7 раза и достигает значений 40 нм/с. То есть повышение эффективности процесса плаз менного удаления фоторезиста с поверхности кремниевых пластин может быть достигнуто путем использования двухстадийного способа обработки. Первая стадия — это разогрев полупроводниковых пластин с фоторезистом СВЧ энергией. Вторая — взаимодействие СВЧ плазмы с разогретым фоторезистом.

Сущность разработанного двухстадийного плазмохимическо го удаления фоторезиста с поверхности полупроводниковых пластин заключается в том, что пластины с фоторезистом предварительно разогреваются СВЧ энергией. СВЧ энергия в начальный момент вре мени не затрачивается на возбуждение и поддержание СВЧ разряда, а полностью поглощается кремниевыми пластинами с фоторезистом, имеющими высокий тангенс угла диэлектрических потерь, за счет чего и происходит их разогрев. При последующем взаимодействие кисло родной плазмы с предварительно разогретым фоторезистом процесс окислительной деструкции фоторезиста протекает более интенсивно с образованием летучих компонентов продуктов реакции, которые не прерывно удаляются из реакционной камеры вакуумным насосом.

Задержка начала плазмообразования по отношению в началу генерации СВЧ энергии магнетроном была реализована следующим образом. РРК откачивается до остаточного давления, после чего в нее напускается плазмообразующий газ до давления на один – два порядка выше рабочего, при котором под воздействием СВЧ энергии не будет зажигаться плазма. Затем включают генерацию СВЧ магнетрона. После разогрева пластин в течение определенного времени под действием СВЧ энергии в вакуумной камере устанавливается требуемая величина давления плазмообразующего газа, при котором обеспечивается воз буждение СВЧ разряда и проводит ся процесс СВЧ плазмохимической обработки. Полупроводниковые пластины выдерживаются в плазме до полного удаления фоторезиста с их поверхности.

На рис. 1 и 2 представлены зависимости длительности полно го цикла (СВЧ нагрев и плазменная обработка) и рассчитанной приме- Рис. 1. Зависимость результирующей нительно к суммарной длительно- длительности Т процесса удаления сти процесса обработки скорости фоторезиста с поверхности Si пла процесса удаления фоторезиста с стин от времени задержки t начала поверхности Si пластин от време- плазмообразования по отношению к началу генерации СВЧ энергии ни задержки начала плазмообра зования по отношению к началу генерации магнетроном СВЧ энер гии. Удаление фоторезиста прово дилось одновременно с поверхно сти двух Si пластин.

Из представленных зависи мостей видно, что они имеют экс тремальный характер. По нашим предположениям это может быть Рис. 2. Зависимость расчетной вели связано со структурными преоб чины скорости V процесса удаления разованиями, протекающими в ма- фоторезиста с поверхности Si пла териале фоторезистивной пленки стин от времени задержки t начала как под действием температурного плазмообразования по отношению к фактора [10, 11], так и в результа- началу генерации СВЧ энергии те процессов под действием СВЧ поля [12].

Эксперименты по изучению температуры кремниевых пластин в зависимости от времени воздей ствия на них СВЧ электромагнит ным полем (рис. 3) показали, что во временном диапазоне до 20 с Рис. 3. Значение температуры Si пла- зависимость имеет вид близкий к стин в зависимости от времени линейному.

Из представленных на рис. их разогрева их под действием СВЧ данных видно, что за время СВЧ энергии нагрева кремниевых пластин их температура достигает и превышает значения пороговой рабочей тем пературы для данного типа фоторезиста (130–140 °С). Анализируя данные рис. 2 и 3 можно сделать вывод о том, что применительно к условиям проведения эксперимента после 15 с воздействия СВЧ энер гией могут происходить структурные преобразования в материале пленки фоторезиста, что приводит к повышению стойкости пленки к процессам плазменной деструкции [13] и, соответственно, к уменьше нию скорости плазмохимического удаления фоторезиста.

Для выявления закономерностей проявления эффекта ускорения процесса в случае предварительного СВЧ нагрева Si пластин прове дена серия экспериментов по изучению эффекта «загрузки» примени тельно к изучаемым условиям обработки. Эксперименты проводились при загрузке в РРК 2, 5, 10 и 15 пластин. Время задержки начала плаз мообразования по отношению к началу генерации СВЧ энергии в соот ветствии с данными рис. 2 было выбрано равным 15 с.

На рис. 4 приведены данные по значениям величины скорости удаления пленки фоторезиста с поверхности Si пластин в зависимости от количества Si пластин в РРК. Анализируя полученные данные и дан ные, приведенные в [5], можно сделать вывод о том, что характер про явления эффекта «загрузки» в случае двухстадийной обработки анало гичен «классической» СВЧ плазмохимической обработке. По нашим предположениям в обоих случаях процесс удаления фоторезистивной пленки протекает по одному и тому же механизму, но с большей (до 1,7 раз) скоростью в случае предварительной активации за счет СВЧ нагрева.

Экспериментальные данные по изучению зависимости скоро сти плазмохимического удаления пленки фоторезиста с поверхности двух Si пластин от давления О2 в РРК приведены на рис. 5.

Из данных рис. 5 видно, что для изучаемого двухстадийного процесса СВЧ плазмохимического Рис. 4. Значения скорости удаления удаления пленки фоторезиста ха- пленки фоторезиста с поверхности Si пластин в зависимости от количе рактерно наличие ярко выражен- ства Si пластин в реакторе (длитель ного экстремума величины скоро- ность задержки начала плазмоо сти удаления пленки фоторезиста бразования по отношению к началу в диапазоне давлений О2, что каче- генерации СВЧ энергии t = 15 с) ственно совпадает с аналогичной зависимостью, полученной в [5].

Эти результаты также могут служить подтверждением вывода об идентичности механизмов про цессов СВЧ плазмохимического удаления материала фоторезистив ных пленочных покрытий для из учаемого двухстадийного спосо- Рис. 5. Значения скорости удаления ба СВЧ плазменной обработки и пленки фоторезиста с поверхности двух Si пластин в зависимости от стандартного одностадийного про давления О2 (длительность задержки цесса. начала плазмообразования по от Таким образом, проведенные ношению к началу генерации СВЧ экспериментальные исследования энергии t = 15 сек) показывают, что СВЧ энергия мо жет быть эффективно использована для интенсификации физико-хи мических процессов, протекающих при плазмохимическом удалении фоторезистивных пленочных покрытий в процессах производства из делий электронной техники.

Достоинством такого способа СВЧ плазмохимической обработ ки полупроводниковых пластин является возможность существенного сокращения длительности процесса без изменения конструкции СВЧ разрядного модуля технологического назначения и без увеличения подводимой к разряду СВЧ мощности.

Список использованных источников 1. Спектральный индикатор контроля процесса удаления фоторези ста в кислородной плазме / В.М. Долгополов, В.И. Иванов, В.А. Кротков и др. // Электронная техника. Сер. 7. Технол., организ. произв. и оборуд. — 1982. — Вып. 5 (114). — С. 27–30.

2. Мак – Доналд А. Сверхвысокочастотный пробой в газах. — М.: Мир, 1969. — 212 c.

3. Microwave Discharges: Fundamentals and Applications. 3-rd International Workshop, Abbaye Royale de Fontevraud, France, 20–25 April, 1997 // Journal de Physique IV. — 1998. — Vol.8. Pr 7. — 421 p.

4. Бордусов С.В., Мадвейко С.И. Исследование влияния эффекта «за грузки» разрядной камеры на оптические характеристики СВЧ плазмотрона резонаторного типа // Вестник Полоцкого государственного университета — 2010. — №8 — С. 103–106.

5. Бордусов С.В., Мадвейко С.И. Исследование влияния электрических режимов плазмообразования на локальную химическую активность плазмы СВЧ разряда // Вестник Полоцкого государственного университета – 2012. — №3 — С. 119–123.

6. Плазменные процессы в производстве изделий электронной тех ники: в 3 т. Т. 3 / А.П. Достанко, С.П. Кундас, С.В. Бордусов и др. — Мн.:

ФУАинформ, 2001. — 292 с.

7. Диденко А.Н., Зверев Б.В. СВЧ-энергетика. — М.: Наука, 2000. — 264 с.

8. Бордусов С.В. Плазменные СВЧ технологии в производстве изделий электронной техники. — Мн.: Бестпринт, 2002. — 452 с.

9. Интенсификация процессов формирования твердотельных структур концентрированными потоками энергии: монография / А.П. Достанко [и др.];

под общ. ред.: А. П. Достанко, Н. К. Толочко. — Мн: Бестпринт, 2005. — 682 с.

10. Исследование физико-химических свойств позитивных фоторези стов / А.В. Динабург, И.Г. Ерусалимчик, В.С. Зелова и др. // Электронная тех ника. Сер. 2. Полупров. приборы. — 1972. — Вып. 7(71). — С. 17 – 49.

11. Моро У. Микролитография: В 2-х ч. Ч. 2: Пер. с англ. — М.: Мир, 1990. — 632 с.

12. Исследование влияния СВЧ — поля на процесс отверждения и свой ства эпоксидных композиций / В.И. Дубкова, С.В. Бордусов, А.П. Достанко и др. // Инженерно-физический журнал. — 1997. — Т. 70, №6. — С.1014–1019.

13. Бордусов, С.В. Влияние на фоторезистивный материал СВЧ плаз менной обработки / С.В. Бордусов, М.М. Зубарева, Н.И. Сушко // Электронная обработка материалов. — 2002. — №5 (217) — С. 78–80.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.