SEMINARSKI(DLC) FILMOVI

DLC FILMOVI

DLC filmovi mogu posedovati mehaničke osobine kao što su:

Visoka mikro tvrdoća , tvrdoća je oko 80 GPa

Modul elastičnosti je približno 600 GPa

Visoka električna otpornost

Nizak koeficijent trenja je oko 0.1 u vazduhu i habanja

DLC filmovi su generalno amorfni i sastoje se iz mešavine

sp²(grafit) i sp³(dijamant) faza.

DLC filmovi se rutinski proizvode na sobnoj temperaturi, što ih čini posebno atraktivnim za primenu gde podloga ne može da dodje u dodir sa povišenim temperaturama.

DLC filmovi se koriste za rezne otpornosti na habanje, prevlaka u oblastima kao sto su karike klipa motora, kod optičkih premaza, biomaterijala, alatnih premaza itd.....

Kupola obložena DLC za optićke i tribološke svrhe.

(DLC) filmovi koji su dopirani savodonikom, azotom i silicijumom debljine u opseguod 1- 4 nm moraju imati nekoliko osobina:

ravnomernost u rasporedu debljine filma bolju od 5% na supstratima prečnika 10 cm, otpornost na habanje,korozivnu zaštitu

Jedino tehnike nanošenja filmova pomoću plazmenih ili jonskih snopova mogu obezbediti ove osobine.

U toku rasta filma upadna energija jona i ugljenika i dopirajućih elemenata je oko 100eV

Različiti ugljovodonici,vodonik i azot su korisćeni za dobijenje ugljenika i dopirajućih elemenata. Silicijum moze biti unet preko svog gasnog stanja H2Si ili kao rezultat raspršivanja čvrste silicijumske metode. U toku rasta filma upadna energija jona i ugljenika i dopirajućih elemenata je oko 100eV.

Da bi se postigla dobra adhezivnost filma domet upadnih jona ugljenika u ubačajni supstrat od CoCrPt mora da bude veća od 0,5 nm na početku formiranja filma.

DLC maziva se izdvajaju kao posebno karakteristična kategorija i često se koriste kako bi se sprečilo trošenje.Uprkos povoljnim svojstvima DLC maziva mora da se koriste sa oprezom jer na visokim temperaturama podloge mogu da promene svoju tvrdoću, tako da se oni ne koriste za mašine i alatke.

DLC filmovi postoje u nekoliko različitih oblika:Svi oblici sadrže značajne količine sp³ hibridized ugljenika atoma. Od amorfnog ugljenika materijala koji pokazuje neke od tipičnih osobina dijamanta (dijamant je poznat kao materijal sa odločnim fizičkim kvalitetima od koih većina potiče iz kovalentne veze između atoma). Uobičajno ima atome ugljenika koji su raspoređeni u kubnoj rešetci, a vrlo retko su respoređene u šestougaone resetke.

Priridni dijamant se gotovo uvek nalazi u kristalnom obliku čisto kubnih orijentacija sp³ vezanih atoma ugljenika.Dlc filmovi su generalno amorfni i sastoje se iz mesavine sp²(grafit) i sp³(dijamant) faza.

Najteža i najača osobina je mešavina,poznata kao tetraedarski amorfni ugljenik ili TA-C koji se u idealnom slučajusastoji od čisto sp³ vezanih atoma ugljenika.

Na primermazivo od samo 2 nm debljine TA-C povećava otpornost od nerđajućeg čelika, povećava otpornost na habanje, menja svoj životni vek i od jedne nedelje do 85 godina. Takav TA-C se moze smatrati da je ,,čist” oblik DLC jer se sastoji samo od sp³ vezanih atoma ugljenika. U TA-C filmu ima sp³ vise od 50% ima tvrdoću od preko 40 GPa i niskim koeficijentom trenja, što ga čini veoma korisnim za kontrolu habanja.Fileri kao što su vodonik, grafitni sp² ugljenika ,metala i koriste se za smanjenje troškova proizvodnje ili da saopšte druge poželjne osobine.SP² ljuske su kovalentno raspoređene na 120ºoko atoma proizvodeći dvodimenzionalne rešetke. Ustvarnom svetu DLC sadrže bar neke sp² ljuske ,a često i neke nečistoće ukljucujuci i vodonik.

PROIZVODNJAPostoji nekoliko metoda za proizvodnju DLC,ali sve zavisi od

činjenice da je ugljenik sp³ ljuska znatno manja od dužine ljuske sp².

Sp³ ljuske su raspoređene u tri dimenzije tako da sebi formiraju tetraedarsku rešetku,koja je slična strukturi dijamanta. A sp² ljuske su kovalentno raspoređene na 120º oko atoma,proizvodeći dvodimenzionalnu rešetku.

Dakle primena pritiska, uticaja, katalize, ili neka kombinacija svih ovih uticaja na atomskom nivou bi mogla naterati sp² vezanih atoma ugljenika bliže zajedno u sp³ ljuske. Ovo mora da se uradi energicno veoma brzo tako da atomi sp² nemogu da se razdvoje osim u karakteristicnom razdvajanju sp².

Sp³ ljuske se mogu javiti ne samo sa kristalima-drugim rečima,u čvrstim telima već i u amorfnim materijalima.. Ljuske imaju značajni uticaj na osobine materijala amorfnog ugljenika. Ako je sp² tip materijala ce biti meksi, ako je sp³ tip materijala ce biti teži.

TVRDOCA

Tvrdoća se često meri NANOINDETATIONOM metodomse koriste mala opterećenja i veličine vrha. Vrh naleže na površinu uzotka. Ako je uzorak toliko tanak da postoji samo jedan sloj nodula,onda vrh može da udje u sloj DLC između hald kaldrmi i nece ostetiti tvrdocu. Ako pokušamo vrh da guramo u deblji sloj koji ima nekoliko slojeva nodula,vrha ne moze da udje u sloj DLC i materijal tako da nemoze bočno da se širi,ako vrh ulazi samo na vrh kaldrme, meriće se tvrdoća,a ta tvrdoća će biti mala ali ocigledno je ona veća jer unutrašnji pritisak nodula neće omogućiti dalje prodiranje vrha u materijal.

Nanoindentation je niz testova tvrdoće koje se primenjuju na male količine. Udubljenja se najčešće primenjuju za testiranje mehaničkih osobina materijala.U nanoindentation se koriste mala opterecenja I velicine vrha tako da uvlačenje može biti samo nekoliko kvadratnih mikrometara ili čak nanometara. To predstavlja problem u određivanju tvrdoće tako da se dodirna povsina ne može lako naći.

Za ispitivanje tvrdoće može da se koristi i identator koji ima visoku preciznost obično je to (Berkovich vrh). To su jednostrane tri piramide koje su geometarski sebi slične. Imaju veoma ravan profil i ukupno su pod uglom od 142,3º i pod uglom od 65,35º. Obično se koriste za merenje rasutih materijala i fillmova većih od 100 nm, debljine 3,9•10ˉ6.

Berkovich vrh

NEDOSTACI

Veliki nedostatak DLC filmova je višak gomilanja unutrašnjeg napona u filmovima deblji od 200 Hm. Jedan metod da se smanji unutrašnjeg gomilanja napona kod DLC filmova je je kroz toplotno žarenje. Nažalost tradicionalna žarenja (Bluk grejanje podloge) u današnje vreme ima dva problema:

1.Kada dođe do temperature iznad 200ºC,sp³ filmovi počinju da se pretvaraju u sp²(grafitnu)formu.

2.Velika je potreba za grejanje ,ciklus ograničava opseg podloge materijala.

Osim toga vreme koje je potrebno za jedno ili više grejanje i hlađenje ciklusa može ograničiti protok proizvodnje i povećati troškove proizvodnje.

Na slici je prikazana raketa. Raketa prilikom svog leta dolazi u dodir sa velikom količinom naslaga prašine i peska. Kako te naslage nebi štetno uticale na raketu ona na svom gornjem delu je obložena dijamantskim ugljenim premazom. Taj premaz sluzi kako bi zaštitio raketu.

Primena DLC maziva

Telo klipnjače

Cilindar

KlipUljni prsten

Prvi kompresioni prsten Drugi kompresioni

prsten

Na slici je prikazan klip i klipnjača: Maziva se koriste kako bi obezbedili veliku tvrdoću i čvrstoću materijala. Telo klipnjače je male težine ali zahteva veliku čvrstoću kako bi izdrdržalo visoki napon.

Dijamantna i ugljenična maziva se koriste i za burgije i šrafove. Burgije na svom gornjem delu imaju maziva od dijaman ugljenika kako bi imale veću čvrstoću. Makazino sečivo je obloženo

premazom kako bi im se povećao vek trajanja i kako nebi došlo brzo do tupljenja.

Na satovima se okvir pravi od DLC maziva.

Frizerske makaze ostaju oštre i do 30 meseci. Ukoliko dođe do pada makaza,taj sloj DLC maziva na makazama se skida ali taj uticaj će biti toliko minimalan da neće doći do oštećenja makaza

EXCIMER LASER POSTUPAKExcimer laserska proizvodnja DLC predstavlja tipično

merenje debljine za test filmove koja ukazuje koliko tehnika merenja može da bude sprovedena u proizvodnju podešavanja. U novoj tehnici Excimer laseri proizvode taloženje i

termalno žarenje pod-slojeva. Ova dva slučaja su u stanju da isporuče filmove koji nemaju napon i visoku tvrdoću,ali se mogu primeniti na visok spektar podloga, uključujući temperaturu,osetljive materijale kao što su polimeri.

Filmovi se prave kroz pulsirajuće lasersko taloženje (PLD) Konkretno visok puls energije lasera deluje na duzinu od 248 nm.

TA-C film gradi podloga koja je umereno žarena od 90ºC do 200ºC unutar vakuum komore. Brzo isparavanje ciljanih materijala izaziva visoka energija fotona 5eV, kratka vremenska širina od 30ns i visok fluks Excimer laserskog impulsa manji je od 1 J/cm². Ovi faktori generišu atomsku vrstu sa visokim stepenom jonizacije i visoke kinetičke energije. Konkretno značaj kinetičke energije za Excimer lasere na bazi PDL su u rasponu od 30 do 80 eV za laserski fluks od 5 do 20J/cm². Povećanjem broja jona povećava se i kineticka energija koja je jako kritična jer dolazi do filma sa povećanim sp³ dijamant nalik sadržaja ugljenika.

TA-C tanak film sa silicijumom (15mm prečnik) izlaganjem regionima od 40 nm do 80 nm debljine.

Taj sadržaj PDL koji je porastao u TA-C filmovima se određuje pomoću elektronske energije gubitaka spektroskopije (ELES). Maksimalni sp³ sadržaj je od 85% na fluksu u rasponu od 10 do 20 J/cm². Međutim čak i kada PDL film raste parametri su podešeni na maksimalno sp³ sadržaja i tvrdoća TA-C filmova na početku pokazuje unutrašnji pritisak u rasponu od 10 GPa Ovaj nivo napona dovodi do slojeva,pucanja od filma do podloge i sprečava prpiremenje filmova za zahtevnije aplikacije kao što su otpornost na habanje prevlaka.

PDL koji je porastao u TA-C filmovima

Dokazano je da se napon u TA-C filmovima može eleminisati UV Excimer žarenjima lasersk.i Konkretno zaračenja na TA-C filmu sa 100 do 200 impulsa lasera na Excimer talasnoj dužini od 284 nanometara i fluksa od 150 do 200 mJ/cm² dovede do napona relaksacije bez smanjenja sp3 ljusaka.

UV Ezajmer žarenje laserski ima prednost da je samo lokalizovani površinski sloj 100 nm duboko se brzo zagreva, i napon relaksacija javlja se u svega nekoloko mikrosekundi

LITERATURA -Googl Wikipedia http://en.wikipe

dia.org/wiki/Diamond-like_carbon#Production