Создан стенд для разработки сверхпрочных и жаростойких тонкопленочных материалов

Учёные из Института сильноточной электроники и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН построили вакуумно-электронно-ионно-плазменный стенд (ВЭИПС) для разработки сверхпрочных и жаростойких тонкопленочных материалов, сообщила пресс-служба ИЯФ СО РАН.

Стенд установлен на канал синхротронного излучения, чтобы наблюдать создание новых материалов методами поверхностной инженерии in situ, то есть видеть в режиме реального времени, как рождаются уникальные покрытия.

Поверхностная инженерия — это перспективное направление в области материаловедения, подразумевающее изготовление материалов осаждением плёнок и наращивание слоёв при помощи потоков ионов, плазмы, пучков электронов, лазера и т. п.

"Методов инженерии поверхности довольно много, — говорит заведующий лабораторией пучково-плазменной инженерии поверхности ИСЭ СО РАН кандидат технических наук Владимир Денисов. — Например, воздействуя на поверхность какой-то детали плазмой, мы можем осадить на нее ионы титана и азота, которые, вступая в химическую реакцию друг с другом, образуют единую кристаллическую решётку и формируют покрытие нитридом титана. Твёрдость такого металлокерамического покрытия составляет 25 гигапаскалей, что значительно выше этой же характеристики у твёрдого сплава".

Плодами такой инженерии становятся материалы с феноменальными свойствами и конструктивными особенностями, пригодные для изготовления деталей, работающих в экстремальных условиях — например, лопаток турбин авиадвигателей.

До сих пор такие материалы изобретались вслепую — в синхротроне выращивался образец, а потом его изучали: какие параметры получились. Это отнимало много времени — до нескольких лет — и сил.

Посредством ВЭИПС, установленного на источнике синхротронного излучения (СИ), всё видно сразу: как растут кристаллы и покрываются наноплёнками, в любой момент можно менять параметры облучения и зоны его воздействия.

"Семь научных групп уже провели ряд экспериментов на стенде ВЭИПС с использованием пучка СИ и продемонстрировали, что мы действительно можем получать всю необходимую информацию о процессе значительно быстрее, чем обычно — всего за пару дней, — доволен Денисов. — Только представьте: для метода электронно-пучковой модификации вам нужно реализовать 20 технологических шагов процесса, и после каждого шага вы видите изменение фазового состава и параметров структуры формируемого поверхностного сплава".

"Когда наши коллеги работают в обычных своих условиях, они не могут в режиме реального времени диагностировать, как при тех или иных методах и параметрах нанесения растет плёнка, какие кристаллические фазы формируются, появились ли микронапряжения, достигнута ли хорошая адгезия с поверхностью. Изучение нанесённых покрытий происходит на лабораторных дифрактометрах постфактум, когда процесс нанесения уже завершён. In situ его можно увидеть при помощи синхротронного излучения", — подтверждает ведущий научный сотрудник ЦКП СКИФ, инженер I категории ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Александр Шмаков.

Когда Центр коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП СКИФ) будет построен (завершение строительно-монтажных и пусконаладочных работ намечено на декабрь 2024 года), ВЭИПС будет размещён там.