1862543678

dr inż. Agnieszka Twardowska - Autoreferat

przez przemysł maszynowy. Szczególnie korzystne warunki ze względu na mikrostrukturę i właściwości osadzanych powłok występują w procesach osadzania wykorzystujących plazmę lub wysokoenergetyczną wiązkę jonów. Kontrolowane bombardowanie jonami wzrastającej powłoki sprzyja zwiększonej ruchliwość atomów osadzających się na powierzchni podłoża, co prowadzi do uzyskania drobniejszego ziarna, stosunkowo niskiego poziomu naprężeń wewnętrznych o charakterze ściskającym oraz lepszej adhezji powłoki do podłoży. Zarówno mniejszy rozmiar krystalitów, jak i obecność naprężeń ściskających, jest korzystne ze względu na twardość, której wartość dla materiału otrzymanego w postaci cienkiej warstwy czy powłoki jest znacznie wyższa w porównaniu do twardości próbek masywnych. Rozwój technik PVD pozwala obecnie na łatwe otrzymanie materiału o twardości Vickersa od 20-30 GPa. Ze wzrostem możliwości technik osadzania, rosną jednak oczekiwania przemysłu narzędziowego wobec powłok o wysokiej odporności na zużycie, co obecnie wymaga stosowania materiałów

0    twardości przekraczającej 30 GPa, a jednocześnie mających wysoką wartość modułu Younga oraz wystarczającą stabilność w przewidywanym środowisku pracy narzędzia (temperatura, atmosfera). Pomimo istnienia wielu materiałów o wysokiej twardości, wybór kandydatów spełniających wszystkie ww. kryteria jest bardzo ograniczony. Regularny azotek boru i powłoki diamentopodobne DLC (diamond-like carbon) mają wprawdzie wysokie twardości i niski współczynnik tarcia (w próżni), ale ze względu na ich metastabilny charakter

1    stosunkowo łatwe utlenianie, ich potencjalne zastosowanie jest nadal związane z koniecznością znalezienia rozwiązań dla wielu problemów, np. obniżenia poziomu naprężeń wewnętrznych (>10 GPa), co obecnie uniemożliwia wytworzenie powłoki DLC o grubości >1 mikrometra. Materiały supertwarde nanokrystaliczno-amorficzne mogą sprostać wszystkim stawianym wyżej wymaganiom, czego doskonałym przykładem są powłoki tzw. nanokompozytowe nc-TiN/a-Si3N4, które charakteryzuje bardzo wysoka twardość (HV >60 GPa), przy jednocześnie dobrej ciągliwości. Szybki sukces komercyjny powłok nanokompozytowych nc-TiN/a-Si3N4 zmotywował środowisko inżynierii materiałowej do podjęcia intensywnych prac nad otrzymywaniem materiałów o podobnej budowie z innych układów, w których występują twarde węgliki, azotki i borki metali grup przejściowych układu okresowego. W przypadku powłok, badania te zasadniczo koncentrują się wokół trzech typów: (1) powłok prostych (monolitycznych) tzw. ‘nanokompozytowych’- złożonych z cząstek twardej fazy o wielkości kilku-, kilkunastu nanometrów i ciągliwej osnowy drugiej fazy - najczęściej amorficznej, (2) powłok gradientowych - np. z założonym gradientem stężenia faz (i związanych z nimi zmianami właściwości) na grubości powłoki oraz (3) powłok złożonych (warstwowych) składających się z co najmniej dwóch warstw materiałów, których rodzaj i sekwencja są precyzyjnie dobierane w celu uzyskania pożądanych właściwości systemu powłoka - podłoże, odpowiadających stawianym wymaganiom aplikacyjnym.

Dwuborek tytanu TiB2 jest materiałem o niskiej gęstości, wysokiej temperaturze topnienia, wysokiej twardości i module Younga. Jest odporny na utlenianie i stabilny termodynamicznie, a ponadto jest dobrym przewodnikiem cieplnym i elektrycznym, co czyni go atrakcyjnym materiałem dla wielu zastosowań, w tym dla przemysłu narzędziowego. Głównym problemem związanym z wykorzystaniem dwuborku tytanu jest anizotropia współczynnika rozszerzalności cieplnej, której efektem jest powstawanie mikropęknięć w tym materiale zarówno na etapie jego syntezy jak i cykli cieplnych występujących np. podczas procesu konsolidacji proszków TiB₂ na drodze spiekania. Temperatura spiekania dwuborku tytanu jest wysoka co znacznie podnosi koszty wytwarzania spieków, a ponadto sprzyja tworzeniu się mikropęknięć w spieku podczas chłodzenia i w efekcie skutkuje niską jego odpornością na pękanie. Ze względu na kruchość, dwuborek tytanu nie znalazł zastosowania jako materiał jednofazowy. Jest jednak stosowany jako faza wzmacniająca np. w kompozytach na osnowie korundowej, czy węglikowej (SiC, TiCx), przeznaczonych na narzędzia do wysokowydajnej obróbki skrawaniem. Udział dwuborku tytanu w tych spiekach jest ograniczony. W przypadku kompozytów AbOs/TiBa, zawartość dwuborku tytanu nie przekracza 8% objętości, ponieważ przy wyższych zawartościach dodatku TiB2 obserwuje się znaczne pogorszenie odporności tych spieków na pękanie. Inżynieria powierzchni stwarza możliwość szerszego wykorzystania dwuborku tytanu np. w postaci powłok ochronnych na narzędziach, czy powierzchniach

6