Разработан метод синтеза титана

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) и Института электрофизики Уральского отделения РАН разработали метод синтеза четырехкомпонентных нанокомпозитных покрытий. Применяется для защиты газотурбинных двигателей, в авиа- и машиностроении, при металлообработке, в биомедицине. Новый подход не требует высоких температур, дополнительного оборудования или материалов и позволяет получать покрытия с необходимыми характеристиками.Результаты эксперимента и описание метода.были опубликованы в журнале «Мембраны».

Нанокомпозитные покрытия на основе титана, кремния, углерода и азота перспективны для использования в качестве защитных износостойких покрытий благодаря уникальному комплексу свойств. Сегодня такие четырехкомпонентные покрытия синтезируются с использованием ряда физических и химических методов, однако они имеют недостатки. И ученые предложили метод плазмохимического разложения, который показывает наилучшие результаты при получении конечных покрытий.

«По сравнению с вакуумно-дуговым методом преимуществом является отсутствие микрокапель, ухудшающих качество покрытий. В отличие от магнетронного напыления наш метод обеспечивает более высокие скорости осаждения, высокую плотность потока ионов, необходимую для формирования плотных и качественных покрытий. Если если сравнивать с химическим методом, то преимуществом является использование экологически и безопасных для здоровья, доступных и недорогих компонентов.Основным преимуществом метода, на наш взгляд, является возможность самостоятельно и в широких пределах контролировать практически все условий синтеза, а, следовательно, и состава и свойств получаемых покрытий, что позволяет получать пленки с требуемыми характеристиками», — рассказывает научный сотрудник УрФУ и УрО РАН Андрей Меньшаков.

Новый метод относительно прост в реализации: для создания многокомпонентной активной среды используется только газоразрядное устройство с полым катодом и активным анодом. Этот метод осаждения не требует отдельного оборудования и систем ионизации и фильтрации, поскольку поток испаряемого металла не содержит капель, нарушающих структуру покрытия.

«Нанокомпозитная структура такого покрытия, как правило, представляет собой аморфную матрицу с внедренными в нее нанокристаллами. Для получения многокомпонентных нанокомпозитных покрытий мы используем кремнийорганические прекурсоры — летучие малотоксичные жидкости, содержащие связи кремний-углерод и кремний-азот, которые участвуют в реакциях, приводящих к формирование окончательной структуры.Для синтеза нанокристаллической фазы, состоящей из кристаллов титан-азот, титан-углерод или титан-углерод-азот, мы добавляем титан в газовую среду прекурсора путем его испарения потоком электронов из плазмы.Таким образом, мы создаем активную парогазовую среду, состоящую из продуктов распада кремнийорганических молекул и паров титана, и компоненты этой смеси образуют покрытие на обрабатываемой поверхности», — поясняет Меньшаков.

Исследователи отмечают, что компании, обладающие необходимой технологией производства, сейчас создают установки для нанесения подобных защитных покрытий для различных предприятий. Использование нового метода позволяет повысить энергоэффективность существующих производств, а также качество получаемых пленок. При определении конкретных требований к получению покрытий, например, на изделиях медицинского назначения или режущих инструментах, необходимо индивидуально подбирать условия синтеза, которые помогут получить покрытия с необходимыми характеристиками. Сейчас ученые работают именно над этой задачей по синтезу покрытий с необходимыми механическими и физико-химическими свойствами.

- Данный пресс-релиз первоначально был опубликован на сайте Уральского федерального университета.