Přejít k obsahu


High-temperature oxidation resistance and thermal stability of hard and optically transparent Hf–B–Si–(Y/Ho–)C–N coatings

Citace:
KOTRLOVÁ, M., ZEMAN, P., HOUŠKA, J., ČERSTVÝ, R., PROCHÁZKA, M., VLČEK, J. High-temperature oxidation resistance and thermal stability of hard and optically transparent Hf–B–Si–(Y/Ho–)C–N coatings. Stockholm, Švédsko, 2019.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: High-temperature oxidation resistance and thermal stability of hard and optically transparent Hf–B–Si–(Y/Ho–)C–N coatings
Rok vydání: 2019
Autoři: Ing. Michaela Kotrlová , doc. Ing. Petr Zeman Ph.D. , doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý , Ing. Michal Procházka , prof. RNDr. Jaroslav Vlček CSc.
Abstrakt CZ: Víceprvkové keramické materiály jsou vhodnými kandidáty pro vysokoteplotní aplikace z důvodu jejich stability za vysokých teplot (>1000 °C). Tyto materiály vykazují také vysokou oxidační odolnost a optickou transparenci a jsou proto vhodné pro různá průmyslová použití. Proto je tato práce zaměřená na vyšetřování vysokoteplotního chování tvrdých a opticky transparentních vrstev Hf–B–Si–(Y/Ho–)C–N. Vrstvy byly připraveny pulzním magnetronovým naprašováním ze složeného terče B4C–Hf–Si(–Y/Ho) ve směsi argonu a dusíku na substráty Si a SiC vyhřáté na teplotu 450 °C. Oxidační odolnost ve vzduchu (do 1500 °C) a teplotní stabilita jejich struktury v inertní atmosféře (do 1600 °C) byly vyšetřovány pomocí termogravimetrie a diferenciální skenovací kalorimetrie. Všechny připravené vrstvy byly amorfní, opticky transparentní a dostatečně tvrdé. Hmotnostní nárůst po ohřevu ve vzduchu do 1500 °C byl u všech vrstev velmi malý (kolem 25 µg/cm^2). Tloušťka oxidové vrstvy vzniklé v důsledku ohřevu ve vzduchu do 1500 °C byla kolem 200 nm, vrstva byla složená z HfO2 nanokrystalů rozptýlených v amorfní matrici. Vrstva s příměsí yttria si po ohřevu v heliu do 1400 °C zachovala dostatečnou tvrdost a také optickou transparenci. Bylo ověřeno, že tvrdé a opticky transparentní vrstvy Hf–B–Si–(Y/Ho–)C–N jsou vhodnými kandidáty pro použití na ochranu optických a optoelektronických zařízení.
Abstrakt EN: Multielement ceramic coatings are appropriate candidates for high-temperature applications due to their excellent behavior at temperatures exceeding 1000 °C. Therefore this work focuses on a systematic investigation of high-temperature behavior of Hf–B–Si–(Y/Ho–)C–N coatings with a high hardness and optical transparency. The coatings were deposited using pulsed magnetron co-sputtering of a single B4C–Hf–Si(–Y/Ho) target in an argon-nitrogen gas mixture onto Si and SiC substrates heated to 450 °C. The oxidation resistance of the coatings in air (up to 1500 °C) and the thermal stability of their structure in inert gases (up to 1600 °C) were investigated by high-resolution thermogravimetry and differential scanning calorimetry. All as-deposited coatings were amorphous, highly optically transparent and possessed a sufficiently high hardness (around 22 GPa). Very low mass changes (around 25 µg/cm^2) were detected upon heating to 1500 °C in air. Hf6B12Si29Y2C2N45 and Hf5B13Si25Ho3C2N48 coatings exhibited a lower thickness of a protective surface oxide layer (194 nm and 202 nm, respectively) than a Hf6B10Si38C2N44 coating (243 nm). The oxide layer was composed of HfO2 nanocrystallites embedded in an amorphous matrix. Heating of the coatings in helium up to 1300 °C resulted in an increase of their hardness. The most pronounced change after the heat-treatment was observed for a Hf6B12Si29Y2C2N45 coating while still keeping a high optical transparency. Multielement Hf–B–Si–(Y/Ho–)C–N coatings with a high hardness and optical transparency were proven to have a high potential to be good candidates as high-temperature protective coatings for optical and optoelectronical devices.
Klíčová slova

Zpět

Patička