К вопросу о подаче кислорода при нанесении термобарьерных покрытий методом магнетронного распыления неохлаждаемой мишени
Качалин Г. В., Медведев К. С., Касьяненко В. А.
Ключевые слова: МАГНЕТРОНЫЙ РАЗРЯД, НЕОХЛАЖДАЕМАЯ МИШЕНЬ, ТЕРМОБАРЬЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Аннотация
Получение функциональных покрытий методом магнетронного распыления неохлаждаемых мишеней позволяет в 2-3 раза повысить скорости осаждения для металлических слоев и почти в 10 раз - оксидных темобарьерных покрытий.В качестве термобарьерных покрытий для защиты высокотемпературных элементов газовых турбин широкое распространение получили покрытия на основе дикоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. В последнее время, помимо оксида иттрия, такие покрытия легируются оксидами гадолиния или гафния, что позволяет снизить их теплопроводность.
Процесс синтеза оксидных термобарьеных покрытий методом магнетронного распыления эффективно происходит из неохлаждаемых мишеней в среде аргона и кислорода. Причем, количество подаваемого кислорода, напрямую связано со свойствами получаемых покрытий. Действительно, при недостаточном количестве кислорода покрытия получаются недоокисленными. Характерным свойством недоокисленных покрытий является наличие электрической проводимости, а при нагреве таких покрытий до температур 500 °С и выше, происходит их доокисление и отслоение. Поэтому формирование таких покрытий должно происходить с достаточным количеством кислорода. Однако, при значительных количествах кислорода, толщина пленки окисла, образующего на поверхности мишени, увеличивается, при этом магнетронный разряд ведет себя нестабильно или может полностью погаснуть.
Управлять подачей кислорода можно обычными способами, например, с помощью регуляторов расхода газа типа РРГ-10, или с помощью оптического контроля плазмы разряда. Последний способ авторам представляется более предпочтительным ввиду наличия обратной связи между оптическим сигналом и количеством кислорода.
В таблице 1 представлены результаты проведенных нами измерений парциального давления кислорода и оптического сигнала плазмы магнетронного разряда с неохлаждаемой протяженной мишенью Zr(92%)Y(8%) размерами 710×65×6 мм при мощности 9 кВт от количества кислорода, подаваемого в вакуумную камеру с помощью РРГ-10 (18нл/ч).
Таблица 1
Влияние расхода кислорода на оптический сигнал и парциальное давление
Расход O2, нл/час 0 1.8 3.6 5.4 6.3 7.2 8.1 9,0 9.9 10.8 11.7 12.6 13,5
Оптический сигнал, % 100 100 100 100 97 96 94 90 82 73 70 53 29
Парциальное давление O2, % 0 0 0 0 0 0 0 0,1 0,75 1,12 3,5 5,7 15,6
Из при приведенных результатов следует, что при расходах кислорода более 9.9 нл/час его парциальное давление начинает возрастать, при этом оптический сигнал от магнетронного разряда снижается на 20% и более. Такие режимы перспективны для получения непроводящих окисленных покрытий.
On the issue of oxygen supply during the application of thermal barrier coatings by magnetron sputtering of an uncooled target
G.V. Kachalin, K.S. Medvedev, V.A. Kasyanenko
Keywords: MAGNETRON SPUTTERING, UNCOOLED TARGET, THERMAL BARRIER COATINGS
