А.С. Руденков – к.т.н., вед. науч. сотрудник, 

Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины (г. Гомель, Республика Беларусь) 

E-mail: arudenkov05@gmail.com

А.В. Рогачев – чл.-корр. НАНБ, д.х.н., профессор, 

Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины (г. Гомель, Республика Беларусь) 

E-mail: rogachevav@mail.ru

С.М. Завадский – к.т.н., начальник Центра 9.1, 

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (г. Минск, Республика Беларусь) 

E-mail: szavad@bsuir.by

Д.А. Голосов – к.т.н., вед. науч. сотрудник, Центр 9.1, 

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (г. Минск, Республика Беларусь)

П.А. Лучников – науч. сотрудник, МИРЭА ‒ Российский технологический университет (Москва)

Е-mail: xamdex@gmail.com

Постановка проблемы. Ионное азотирование наноразмерных углеродных покрытий позволяет управлять их структурой и свойствами. Введение в объем углеродных покрытий азота небольших концентрациий может способствовать образованию твердых фаз внедрения на основе CNx, а значит и влиять на механические свойства покрытия. Изучение механизмов химического взаимодействия процессов формирования кремний-углеродных покрытии при распылении карбида кремния в смеси азота и аргона с образованием твердых карбидных и нитридных фаз является актуальной задачей.

Цель работы ‒ исследование структуры и механических свойств кремний-углеродных покрытий, осаждаемых из газовой фазы в условиях ионного азотирования.

Результаты. Установлено, что введение азота в состав рабочего газа (Ar57%+N43%) приводит к формированию более высокодисперсной структуры чем в среде аргона. Наблюдается снижение концентрации углерода при увеличении концентрации кислорода из-за окисления кремния и углерода с последующей десорбцией соединений углерода и кислорода. Высокотемпературный температурный отжиг приводит к увеличению термостабильности коэффициента трения углеродных покрытий. Практическая значимость. Результаты исследований позволяют путем изменения технологическим режимом азотирования структуры покрытия формировать их с заданными механическими свойствами.

1. Donnet C. Recent progress on the tribology of doped diamond-like and carbon alloy coatings: a review // Surf. Coat. Technol. 1998. V. 100–101. P. 180–186.
2. Chu P.K. Characterization of amorphous and nanocrystalline carbon films // Mater. Chem. Phys. 2006. V. 96. P. 253–277.
3. Афанасьев М.С., Лучников П.А., Митягин А.Ю., Назаренко А.А., Чучева Г.В. Особенности технологической совместимости формирования слоистых гетероструктур на основе углеродных и перовскитных пленок // Наноматериалы и наноструктуры – XXI век. 2012. Т. 3. № 1. С. 29–37.
4. Rudenkov А.S., Piliptsou D.G., Luchnikov P.A., Rogachev A.V., Xiaohong Jiang, Fedosenko N.N. The influence of the ion plasma flow on the phase composition and microhardness of carbon coatings doped with metals // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018.  V. 289. P. 012036
5. Piliptsou D.G., Rudenkov A.S., Rogachev A.V., Xiaohong Jiang, Lychnikov P.A., Emel'yanov V.A. XPS study of the structure of nitrogen doped a-C film // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2017. V. 168. P. 012103.
6. Rudenkov A.S., Rogachev A.V., Kupo A.N., Luchnikov P.A., Chicherina N. The phase composition and structure of silicon-carbon coatings // Modern Problems in Materials Processing, Manufacturing, Testing and Quality Assurance II. 2019. V. 970. P. 283 – 289.
7. Aleutdinov A.D., Ghyngazov S.A., Mylnikova T.S., Luchnikov P.A. Thermal shock removal of defective glass-enamel coating from cast-iron products // В сб.: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Сер. “International Scientific Conference on “Radiation-Thermal Effects and Processes in Inorganic Materials”, RTEP 2014”. 2015. V. 81. P. 012069. DOI: 10.1088/1757899X/81/1/012069.
8. Cloutier M. Long-term stability of hydrogenated DLC coatings: Effects of aging on the structural, chemical and mechanical properties // Diam. Relat. Mater. 2014. V. 48. P. 65–72. 
9. Ferrari A.C. Determination of bonding in diamond-like carbon by Raman spectroscopy // Diam. Relat. Mater. 2002. V. 11. P. 1053–1061.
10. Шулейко Д.В. Фотолюминесценция аморфных и кристаллических кремниевых нанокластеров в сверхрешетках из нитрида и оксида кремния // Физика и техника полупроводников. 2017. Т. 51. С. 205–211.
11. Zhang Li H. The study of bonding composition of CNx film by thermal degrada-tion method // Carbon. 2004. V. 42. P. 537–545.
12. Quirós C. Bonding and morphology study of carbon nitride films obtained by dual ion beam sputtering // Journal of Vacuum Science and Technology. 2000. V. A.18. P. 515–523.
13. Ronning C. Carbon nitride deposited using energetic species: a reviews on XPS studies // Physical Review. 1998. B. 58. P. 2207–2215.
14. Le Normand F. XPS study of pulsed laser deposited CNx films // Physical Review. 2001. V. B. 64. P. 235416‒15.
15. Kusunoki I. XPS study of a SiC film produced on St(100) by reaction with a C2H2 beam, Applied Surface Science. 1992. V. 59.  P. 95–104.
16. Castanho S. Mello. Characterization of Si3N4 powders in aqueous dispersions // Cerâmica. 1998. V. 44. P. 287–288.
17. Nguen V.L. N-doped polymer-derived Si(N)OC: The role of the N-containing precursor // Journal of Materials Research. 2015.  V. 30. P. 770–781. 
18. Trusso S. CNx thin films grown by pulsed laser deposition: Raman, infrared and X-ray photoelectron spectroscopy study // Thin Solid Films. 1999. V. 335–356. P. 219–222.
19. Tabbal M. XPS and FTIR analysis of nitrogen incorporation in CNx thin films // Surf. Coat. Technol. 1998. V. 98. P. 1092–1096.
20. Chang J.P. Profiling nitrogen in ultrathin silicon oxynitrides with angle-resolved x-ray photoelectron spectroscopy // Journal of Applied Physics. 2000. V. 87. P. 4449–4455.