Томские ученые научились выращивать алмазные покрытия
Ученые Томского политехнического университета научились выращивать алмазные покрытия со скоростью, в 10 раз опережающей существующие на рынке технологии. Первую специализированную установку уже продали в Японию. Чем томичи смогли удивить японцев, что такое наноалмазы и как сделать гибкое прочным – в материале РИА Томск.
Заказ промышленности
Больших чудес в алмазоподобных покрытиях нет: они наносятся десятки лет. Но в России промышленной технологии для этого не существует, поэтому, например, твердосплавный инструмент у нас на 100% привозной. И целые отрасли промышленности – от угольной до полупроводниковой – зависят от импорта. И однажды заказ от промышленности пришел…
Заведующий научно-производственной лабораторией "Импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий" ТПУ доктор технических наук Геннадий Ремнев вспоминает:
"Как-то коллеги из НИИПП посетовали в разговоре: мол, в Томске чем только ученые не занимаются, а алмазных покрытий никто не делает. Для них это было актуально: алмаз не просто твердый – у него еще и высокая теплопроводность, раз в пять выше, чем у меди. А значит, можно повысить удельную мощность полупроводниковых изделий".
Тот разговор шестилетней давности стал отправной точкой для формирования в лаборатории нового направления работ. Руководит им с самого начала кандидат технических наук Степан Линник.
Правильные алмазы
Алмазная тема возникла не на пустом месте: исторически специализация лаборатории – создание импульсных ускорителей заряженных частиц наносекундной длительности.
"Большинство экспериментальных работ по исследованию и изменению свойств покрытий, моделированию воздействия мощных потоков плазмы делается в России, Китае, Белоруссии и Казахстане с использованием наших ускорителей", – отмечает Геннадий Ремнев.
Имея под рукой такой ресурс, было бы странно его не использовать, поэтому материаловедение выделилось в отдельное направление работы лаборатории. Разработав собственный метод активации плазмы на ускорителях, ученые смогли увеличить скорость осаждения алмазной пленки в 10 раз.
Если типичная скорость осаждения – один микрон в час, то у политехников – с использованием плазмы аномально тлеющего разряда – получилось довести ее до десяти микрон в час.
"Чтобы формировался именно алмаз, а не, скажем, графит, нужно заставить по-особенному работать плазменный источник. Осаждение идет из газовой фазы. За основу был взят метод горячих нитей: вольфрамовые проволочки нагревают метан в смеси с аргоном, чтобы сформировать плазму с нужными свойствами. Метан разлагается на водород и углерод, и углерод осаждается на нагретую подложку", – поясняет Ремнев.
Водород, в свою очередь, обладает очень важным в этом процессе свойством: он вытравливает углерод, кроме того, который находится в виде алмазной кристаллической решетки. Таким образом, растет именно алмазная пленка.
"Одну из установок по осаждению алмазных покрытий на твердосплавный инструмент мы продали в Японию. Причем не просто продали – мы продолжаем работать как партнеры. Например, известно, что алмаз – диэлектрик, то есть не проводит электрический ток. А японцам нужно было покрытие, которое бы проводило ток. И мы добились этих результатов", – рассказывает Ремнев.
"Мы умеем растить пленки большого размера с высокой скоростью, что снижает удельную стоимость таких покрытий", – подчеркивает ученый.
Работы в этом направлении поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований – коллектив получил грант на изучение основ синтеза сверхизносостойких композиционных покрытий на основе алмаза и кубического нитрида бора. Результатом должно стать создание нового поколения твердосплавного режущего инструмента.
Также реализуется грант ТПУ – "Плазменные технологии синтеза функциональных нанокомпозитных покрытий с повышенной термостойкостью и физико-механическими характеристиками". Фундаментальные исследования проводятся в Исследовательской школе физики высокоэнергетических процессов, прикладные – в Инженерной школе новых производственных технологий.
Новые свойства
Сейчас физики исследуют еще более интересные структуры – наноразмерные алмазные пленки, у которых очень маленький размер кристаллита.
"Ведь что такое пленка? В бриллианте могут быть несколько монокристаллов, и граница между ними практически не видна. Поликристаллическая пленка включает в себя множество таких кристаллитов, только маленьких. А если мы сделаем их очень маленькими, десятки нанометров, то можно закладывать в материал определенные свойства", – рассказывает ученый.
Например, покрытие может стать еще более устойчивым к радиации. Или – очень гибким, при сохранении характеристик твердости.
Для работы в области материаловедения ТПУ пригласил ведущих специалистов в этих областях: профессора Йиндриха Мусила из университета Западной Богемии (Чехия) и профессора Владимира Углова из Белорусского госуниверситета.
Источник: Новости РИА Томск