Właściwości dyfuzyjne
Dyfuzja to mechanizm transportu masy w ciałach stałych w wyniku drgań termicznych atomów. Bardzo zwarte i pozbawione defektów warstwy PVD mogą służyć jako bariery dyfuzyjne zapobiegające przenikaniu niepożądanych substancji do podłoża.
Powłoki PVD: VANADIN, SIGAAN AL
Właściwości dyfuzyjne materiałów ilościowo opisują zdolność substancji do umożliwienia migracji atomów, jonów lub cząsteczek innych substancji między sobą w wyniku procesu dyfuzji. Dyfuzja to zjawisko transportu, w którym cząsteczki przemieszczają się z rejonów o wyższej chemicznej energii potencjalnej (stężeniu) do rejonów o niższej chemicznej energii potencjalnej w wyniku drgań termicznych. Proces ten zależy od gradientu stężenia i mogą na niego wpływać inne czynniki, takie jak temperatura, rozmiar cząsteczek, struktura materiału i obecność zaburzeń lub defektów w sieci krystalicznej.
Bardzo gęste i pozbawione defektów warstwy PVD służą jako skuteczne bariery dyfuzyjne. Bariery te znacznie zmniejszają lub całkowicie blokują przepływ dyfuzyjny niepożądanych atomów lub cząsteczek, takich jak czynniki korozyjne lub reaktywne, zapobiegając ich przenikaniu do podłoża. Minimalizuje to ryzyko degradacji korozyjnej, utleniania lub innych form chemicznego lub elektrochemicznego uszkodzenia podłoża, co znacznie przyczynia się do wydłużenia jego żywotności.
Właściwości dyfuzyjne są zatem krytycznym parametrem przy opracowywaniu i stosowaniu materiałów na powłoki ochronne w wymagających środowiskach, takich jak zastosowania w mikroelektronice, implantach biomedycznych, przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym. W tych obszarach kluczowe znaczenie ma zapewnienie odporności na czynniki chemiczne, zużycie mechaniczne i inne mechanizmy degradacji, co bezpośrednio wpływa na wydajność, niezawodność i trwałość produktu końcowego.
Zastosowania
Rys. 1 przedstawia mapowanie EDX pierwiastków Co, W i C podczas oceny warstwy PVD nc-AlTiN/a-Si3N4 jako bariery dyfuzyjnej dla migracji kobaltu z węglika spiekanego WC-Co do górnej warstwy C. To, co pozostaje w ramach systemu WC-Co i nie przenika do górnej warstwy C.
Rys. 2 przedstawia wpływ temperatury ekspozycji 400°C i 600°C na dyfuzję Si z materiału podłoża do warstwy Cr PVD o niejednorodnej strukturze kolumnowej. Rys. 3 przedstawia EDX line scan granicy warstwy i podłoża ze skokową zmianą stosunku Cr do Si.
