Нанокомпозитті өте қатты қаптамалар

Әдетте өте қатты материалдар деп микроқаттылығы 40 жəне 80 Гпа аралығындағы 
материалдарды айтады. Әр түрлі мақсатта қолданылатын наноқұрылымды қаптамалардың 
басым бөлігінің интервалы 35...40 ГПа аралығында. Қаттылығы 80 ГПа болатын қаптамалар 
ультрақатты деп жіктеледі.
Түйіршіктер көлемі кішірейген наноқұрылымды қаптамалар поликристалды қаптамалар 
болып табылмайды. Наноқұрылымды қаптамалар қасиеттерінің осындай құрамдағы 
микрокристалды қаптамалардың қасиеттерінен айырмашылығы бар. Кристалл 
құрылымдардың түйіршік аралық жəне фаза аралық жиектерінің тығыздығы жоғары
қоскөлемді (немесе жалпақ) ақаулары болады. Жиектерінің тығыздығының жоғары болуы 
микрокристалды құрылымды жаңа құрылымға –наноқұрылымға көшіреді. Наноқұрылымды 
қаптамалар орташа көлемі 1 мкм болатын ірі түйіршікті поликристалдыларға қарағанда, 
жиек тығыздығы жоғары қаптамалар ретінде жақсы танылған. Наноқұрылымдық күй алу 
үшін құрылымдық элементтердің (яғни түйіршіктің орташа диаметрі, қабат қалыңдығы жəне 
т.б.) біркелкілігі, б наномасштабты аралықта (100 ни кем) бірдей болуы керек.
Фазааралық шектеулер көп фазалы нанокомпозициялық қаптамаларда құрылымның 
табиғи элементі болып табылады. Нанокристалдық құрылымдар екі құрылымдық қоспадан – 
кристалл торлардың нанотүйрішіктерінен жəне кристалл аралық жиектерден тұрады. 
Нанокристалл материалдардағы түйіршік жиегінің ұзындығы 0,5 тен 1,2 нм аралығында 
болады. Жиектің орташа атомдық тығыздығы атом торының тығыздығынан кем болады. 
Жиектегі Орналасуы қатты тығыздан олардың арасындағы кең интервал аралығында 
өзгеріп отыратын жиектік атомдар атомаралық кеңістіктің кең мүмкіндіктерін білдіреді. 
Жиектің орташа тығыздығы кристалл тордың атомдық тығыздығының 70.80% құрайды. 
Түйіршіктер қасиеттері жиектер қасиеттерінен ерекшеленеді, сондықтан нанокристалдық 
қаптамаларды қоскомпонентті құрылымдар ретінде қарауға болады, яғни нанокристалдар мен 
түйіршіктер жиегінің қоспасы ретінде қарастырылады. Түйіршік көлемінің кішіреюі жиектегі
атомдар үлесі көлемінің ұлғаюына əкеледі. Жиектегі атом үлесінің көлемі түйіршік көлемі
2 нм болатын материалдарда шамамен 87,5% құрайды, көлемі 3нм болатын материалдарда 
шамамен 50%, көлемі 5нм болатын түйіршіктерде 44%, көлемі 10 нм болатын түйіршіктерде 
30%, көлемі 100 нм болатын түйіршіктерде 10% құрайды.
Түйіршіктер кішірейген сайын нанотүйіршіктер арасындағы арақашықтық үлкейеді, 
соның салдарынан нанотүйішіктердің тығыздығы кішірейеді. Жүргізілген сынақтар 
көрсеткендей,кристалл торлардың кеңеюі бірінші кезекте түйіршіктердің жиектеріне қарай 
жүзеге асады. 
486 

гі
Наноқұрылымды қаптамалардың басты ерекшеліктері мыналар: 
•
Түйіршік /қабаттардың көлемдері 100 нм шектеледі, бір бағытта; 
•
Атомдардың басым бөлігі фазааралық жиекте жəне түйіршіктің үшке таралған
қосарлы мүшелерінде болады. 
Өте қатты наноқұрылымды жиынтық қаптамалар (немесе нанокомпозициялар) 
құрылымдық элементтерінің біркелкілігі бойынша жіктеледі. Егер құрылымдық элемент
кезектескен наномасштабты қалыңдықта екі əр алуан материалдардан тұратын болса, 
қаптама наноқабатты деп аталды. Егер нано түйіршіктің құрылымдық элементтері əр алуан 
фазадан болса, қаптама нанокристалды композициялы деп аталады. Жалпы айтқанда, екі 
түрі үшін де «наноқұрылымдық композициялық қаптама» деген термин дұрыс болады.
Деформацияның таралуы, беріктік үлгісіндегі айырмашылық, торларының сəйкес 
келмеуі секілді тəсілдер арқылы наноқабатты композициялық қаптамалардың өте қаттылық 
қасиетін түсіндіру жолдары бар. Мұндай қаптамалардың қаттылығы жоғары, себебі 
кернеудің кезектескен жолдары дислокацияның кез-келген қаозғалысына кедергі болып 
табылады.
Наноқабатты композициялы қаптамалардың құрылымы атомдарды бірінен соң бірін 
орналастыру арқылы (atom-by-atom) салыстырмалы алғанда төмен жылдамдықпен енгізу 
арқылы түзіледі.Қаптаманы орнықтыру үшін өндіргіштігі төмен күрделі құрал қажет. 
Мысалы, кəдімгі қаптаманы жетілдіру жылдамдығы шамамен 1мкм/ сағ, сондықтан 
наноқұрылымды композициялы қаптаманы синтездеу –ұзақ үдеріс, бірнше қаптау
микророндарын жағу бірнеше сағатты алады. 
Аморты – нанокристалды композициялық қаптамалар (24.1 сур) түйіршіктер жиегіндегі 
болаттардағы ферритті жəне цеменитті торлар секілді аморфты торға енгізілген
нанокөлемді кристалдар түрінде болады. Нанотүйіршіктердің көлемдік үлесі жиек үлесімен 
салыстырмалы. Нанокристалдық қаптамалар мынадай болып жіктеледі: 

қатты материалдардың нанокристалдары, олар бастапқыда Si
3
N
4
, AlN тек жəне 
алмаз тəрізді көміртек қатты материалдардың аморфты ұяшығына енгізіледі;
•
қатты материалдардың нанокристалдары,аморфты ұяшыққа Ni, Cu, V жəне т.б. 
жұмсақ металдарды енгізіледі. 
Наноқұрылымдарда өте қаттылықты алудың негізгі қағидасы дисклокациядан бос
нанотүйрішіктермен немесе олардың аз ғана бөлігімен құрылым құру жəне де бұл фактор 
кристалл торлардағы атом аралық байланыстардан маңыздырақ. 
487 

Сурет 24.1. .Қатты аморфты ұяшық Si
3
N
4
: енгізілген Me2N нанотүйрішігі мысалында 
нанокристалдық композициялық қаптаманың сызбасы: 
nc
— нанокристалл қаптама ; 
a
— аморфты қаптама ; a
max
— наносызаттың ұзындығы 
Дислокацияның көбею көздері көлемі 10 нм-дан кіш болатын нанотүйіршіктерде əсер 
етпейді, 10 нм көлемді нанотүйіршіктер дислокациядан бос болады, ал ондағы бар 
дислокация тұрақты емес немесе итеріліп шығарылып кетеді, мысалы, аморфты ұяшықта 
жоғалады, яғни дислокация аморфты бекітілген ұяшықтан өте алмайды, ал аморфты ұяшық 
кездейсоқ нанокристалдарға бағытталған кристалл торлардың сəйкесіздігіне бейімделеді. 
Мұндай қаптамаларда аморфты ұяшықта наносызаттың таралуы
2... 4 нм -мен шектеледі, ол көршілес нанокристалдар арасындағы үлкен қашықтық болып 
саналады (24.1сур қараңыз). Сондықтан аморфты ұяшық нанотүйрішіктер арасында жұқа 
қабықша ретінде болуы керек. Бұл композиттердің өте қаттылығын көрсететін тиімділіктің 
бірі болып саналады. 
Сонымен бірге, нанокристалды композициялық қаптамалар наноқабатты қаптамаларға
қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие.
Нанокристалды композициялық қаптамалар ннаноқабаттыларға қарағанда изотропты
құрылымда болады. Нанокристалды қаптамаларды енгізуге еңбек күші аз жұмсалады, 
сонымен бірге төсенішке күрделі пішіндер құру оңай болады. 
Нанокристалды композициялық қаптамалардың негізгі деректері 24.2 кестеде 
келтірілген. Микроқаттылығы жағынан өте қатты материалдардан артып кететін жəне 
ультрақатты тобына өткен nc-TiN/nc-TiSi
2
/a-TiSi
2
композициялық қаптамаларына зейін 
аудару керек. 
nc- W3C/nc carbines супер
қаптамалар -MeN/қатты фаза немесе nc-MeN/ 
жұмсақ фаза секілді қаптамалар түзілуінің жалпы сызбасына сəйкес келмейді. 
488 

C a r b y n e s
— бұл шағын көлемді тізбек тəрізді құрылым көп танымал емес көміртекті 
қосылыс. Мұндай қаптаманың ерекшелігі - олар өздерінің өте қатты шектеуіне
салыстырмалы алғанда, нанокристалдардың үлкен көлемдерінде жетеді (шамамен 70нм). 
Сонымен бірге салыстырмалы алғанда үлкен түйіршіктерде қаптаманың ішкі кернеуі (0,5... 1 
ГПа) төмен болады. 

жүктеу/скачать 8,95 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: