Entwickelte eine Methode zur Synthese von Titan

Wissenschaftler der Uraler Föderalen Universität (UrFU) und des Instituts für Elektrophysik der Uraler Zweigstelle der Russischen Akademie der Wissenschaften haben eine Methode zur Synthese von Vierkomponenten-Nanokompositbeschichtungen entwickelt. Es wird zum Schutz von Gasturbinentriebwerken, im Flugzeug- und Maschinenbau, in der Metallbearbeitung und in der Biomedizin eingesetzt. Der neue Ansatz erfordert keine hohen Temperaturen, keine zusätzliche Ausrüstung oder Materialien und ermöglicht den Erhalt von Beschichtungen mit den erforderlichen Eigenschaften.Die experimentellen Ergebnisse und Beschreibung der Methodewurden in der Zeitschrift Membranes veröffentlicht.

Nanokompositbeschichtungen auf Basis von Titan, Silizium, Kohlenstoff und Stickstoff sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften vielversprechend für den Einsatz als schützende Verschleißschutzbeschichtung. Heutzutage werden solche Vierkomponentenbeschichtungen mit verschiedenen physikalischen und chemischen Methoden synthetisiert, sie haben jedoch Nachteile. Und Wissenschaftler haben die Methode der plasmachemischen Zersetzung vorgeschlagen, die die besten Ergebnisse bei der Erzielung der endgültigen Beschichtungen zeigt.

„Im Vergleich zur Vakuum-Lichtbogen-Methode besteht der Vorteil darin, dass keine Mikrotröpfchen vorhanden sind, die die Qualität der Beschichtungen beeinträchtigen. Im Gegensatz zum Magnetron-Sputtern bietet unsere Methode höhere Abscheidungsraten und eine hohe Ionenflussdichte, die für die Bildung dichter und hochwertiger Beschichtungen erforderlich ist. Wenn Vergleicht man es mit der chemischen Methode, liegt der Vorteil in der Verwendung umwelt- und gesundheitsfreundlicher, bezahlbarer und preiswerter Komponenten. Der Hauptvorteil der Methode ist unserer Meinung nach die Möglichkeit, fast alle selbständig und in weiten Grenzen zu kontrollieren Synthesebedingungen und damit die Zusammensetzung und Eigenschaften der erhaltenen Beschichtungen, was es ermöglicht, Filme mit den erforderlichen Eigenschaften zu erhalten“, sagt Andrey Menshakov, Forscher an der UrFU und an der Uraler Zweigstelle der RAS.

Die neue Methode ist relativ einfach umzusetzen: Zur Erzeugung eines mehrkomponentigen aktiven Mediums wird lediglich eine Gasentladungsvorrichtung mit einer Hohlkathode und einer aktiven Anode verwendet. Diese Abscheidungsmethode erfordert keine separaten Einrichtungen sowie Ionisierungs- und Filtersysteme, da der Fluss des verdampften Metalls keine Tröpfchen enthält, die die Beschichtungsstruktur stören.

„Die Nanokompositstruktur einer solchen Beschichtung ist im Allgemeinen eine amorphe Matrix mit darin eingebetteten Nanokristallen. Um Mehrkomponenten-Nanokompositbeschichtungen zu erhalten, verwenden wir Organosiliziumvorläufer – flüchtige, wenig toxische Flüssigkeiten, die Silizium-Kohlenstoff- und Silizium-Stickstoff-Bindungen enthalten, die an Reaktionen teilnehmen, die zu führen die Bildung der endgültigen Struktur. Um eine nanokristalline Phase bestehend aus Titan-Stickstoff-, Titan-Kohlenstoff- oder Titan-Kohlenstoff-Stickstoff-Kristallen zu synthetisieren, fügen wir der Vorläufergasumgebung Titan hinzu, indem wir es durch den Elektronenfluss aus dem Plasma verdampfen. „Wir erzeugen eine aktive Dampf-Gas-Umgebung, die aus den Zersetzungsprodukten von Organosiliciummolekülen und Titandampf besteht, und die Bestandteile dieser Mischung bilden eine Beschichtung auf der behandelten Oberfläche“, erklärt Menschakov.

Die Forscher stellen fest, dass Unternehmen, die über die erforderliche Produktionstechnologie verfügen, derzeit Anlagen für die Aufbringung solcher Schutzbeschichtungen für verschiedene Unternehmen erstellen. Durch den Einsatz der neuen Methode kann die Energieeffizienz bestehender Anlagen sowie die Qualität der resultierenden Filme verbessert werden. Bei der Festlegung spezifischer Anforderungen zur Erzielung von Beschichtungen, beispielsweise auf medizinischen Produkten oder Schneidwerkzeugen, ist es notwendig, individuell Synthesebedingungen auszuwählen, die dazu beitragen, Beschichtungen mit den erforderlichen Eigenschaften zu erhalten. Nun arbeiten Wissenschaftler an genau dieser Aufgabe, Beschichtungen mit den erforderlichen mechanischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften zu synthetisieren.

- Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der Ural Federal University veröffentlicht