Физико-химические основы лазерно-плазменного метода направленного синтеза высокотвердых покрытий (заключительный)

Цель: разработка физико-химических основ лазерно-плазменного (ЛП) метода направленного синтеза функциональных наноструктурированных материалов и покрытий с заданными свойствами, развитие возможностей метода до высокоэффективных лазерно-плазменных нанотехнологий получения материалов с применением в химической промышленности, электронике, фотонике, машиностроении и производстве инструмента. Кардинально развиты технические средства и разработаны новые процессы ЛП-синтеза покрытий из карбонитрида кремния (SiCN) на подложке из стали и твердосплавные резцы с микротвердостью до ~25 ГПа и многократно более низкой себестоимостью, чем в традиционных PCVD-методах. Методом ЛП-синтеза получена модификация сверхтвердого кубического нитрида углерода со структурой шпинели (sp. Gr.-Fd-3m, а = 8,3342 А) и высокой микротвердостью, которая составляла 46 ± 7 ГПа для нанокристаллических и 22 ± 2 ГПа для аморфных пленок. Разработаны основы безвакуумного ЛП-синтеза массивов углеродных нанотрубок длиной до 200 мкм и диаметром до 70 нм со скоростью обработки поверхности до 20 см²/мин на кВт лазерной мощности, что дает качественно новые возможности электронной и электротехнической промышленности в получении полевых катодов при создании пространственно-однородных электронных пучков площадью более 1 м², а также конденсаторов с высокими удельными характеристиками. Для повышения глубины залегания имплантированных ионов и эффективности ЛП-модификации поверхности металлов и полупроводников разработан и изготовлен СВЧ-модуль с технологической головкой, обеспечивающей эффективный ввод в лазерную плазму энергии от внешнего СВЧ-источника. Проведена модернизация установки ЛП-синтеза высокотвердых нанокомпозитных SiCN-покрытий, заключающаяся в разработке новых вариантов ЛП-технологических головок и системы подачи коллоидных растворов прекурсоров. Модернизация позволила в два раза увеличить УФ-активацию подложки и прекурсоров, мощность - до 1,5 кВт и частоту - до 115 кГц пульсирующей лазерной плазмы, повысить эффективность ЛП-технологий синтеза SiCN-покрытий, синтезировать перспективные сверхтвердые четырехэлементные Si - C - N - B-покрытия. Предложен процесс ЛП-синтеза SiCN-покрытий на подложках из нержавеющей стали разложением смеси паров гексаметилдисилазана с бензолом в пульсирующей лазерной плазме, зажигаемой в потоках аргона с добавкой гелия. Проведены исследования скорости осаждения покрытий в зависимости от потока плазмообразующего газа, температуры подложки и уровня расхода подаваемых прекурсоров. Проведенные исследования позволили увеличить скорость осаждения покрытий в ~2 - 3 раза (~1000 нм/мин) при микротвердости SiCN-покрытий ~18 ГПа, что позволяет рекомендовать указанный процесс для промышленных технологий защиты и упрочнения поверхности конструкционных материалов.