Структура и свойства покрытий АПУ-N, полученных катодно-дуговым осаждением при ионном ассистировании

Abstract

Особенность азота – легко встраиваться в структуру алмаза, замещая атомы углерода, что делает его наиболее подходящим элементом для модификации механических, трибологических и электрических свойств алмазоподобных углеродных пленок и покрытий. В настоящей работе исследовано влияние состояния азота на фазовый состав, структуру и свойства покрытий алмазоподобного углерода, полученных методом катодно-дугового осаждения. Азот в процессе осаждения покрытий алмазоподобного углерода подавался в вакуумную камеру как в молекулярном виде, так и ионизированном виде из ионно-лучевого источника. Установлено, что наблюдается существенный рост содержания азота в покрытии алмазоподобного углерода в случае его допирования азотом в онизированном состоянии. Наличие азота в структуре алмазоподобного углерода приводит к образованию химических связей C-N в конфигурации как с sp2, так и с sp3, связанными с атомами углерода. Рост энергии ионов азота стимулирует увеличение содержания sp2 гибридизированных атомов углерода в сформированных покрытиях со структурой ароматических колец. Установлено, что в полученных аморфных покрытиях АПУ-N присутствуют трех- и четырехкоординированные атомы углерода, а количество четырехкоординированных атомов углерода и степень беспорядка в трехкоординированных атомах углерода зависят от условий осаждения покрытий. Полученные покрытия обладают высокой твердостью до 4500 кгс/мм2, что позволяет отнести их к классу сверхтвердых материалов. Присутствие азота в составе покрытия позволяет изменять его удельное электрическое сопротивление в широких пределах, а также трибологические характеристики в условиях сухого трения. Полученный тонкопленочный материал является перспективным для получения структур с требуемой электропроводимостью, в том числе для изготовления детекторов ионизирующих излучений.