Влияние стехиометрического состава на функциональные характеристики тонкопленочных поверхностных структур на узлах гироскопических приборов

Приводятся результаты исследований влияния стехиометрии на свойства тонкопленочных покрытий из нитрида титана на узлах поплавкового и электростатического гироскопов. Представлены результаты исследования механических и оптических характеристик тонкопленочных структур нитрида титана: микротвердость, сопротивление износу и трению, а также контрастность изображения, которая определяется коэффициентами отражения базовой поверхности нитрида титана и растрового рисунка, сформированного методом локального лазерного окисления. Рассматриваются перспективы использования и технологические методы формирования функциональных поверхностных структур карбида и нитрида ниобия при создании ротора криогенного гироскопа. Показано, что для формирования покрытия требуемого состава необходима термодинамическая оценка возможных взаимодействий, при которых осуществляется структурно-фазовая модификация материала, определяемая комплексом возможных топохимических реакций, приводящих к образованию соединений, в том числе нестехиометрического состава.

1. Джашитов В. Э., Панкратов В. М., Голиков А.В. Общая и прикладная теория гироскопов с применением компьютерных технологий / Под ред. В. Г. Пешехонова. – СПб.: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2010. – 154 с.

2. Яковлева С. А. Исследование и разработка технологических методов повышения точности и размерной стабильности прецизионных деталей и узлов гироскопических приборов // Автореф. дис. ... к.т.н. – СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2012.

3. Ландау Б. Е. Электростатический гироскоп со сплошным ротором // Гироскопия и навигация. – 1993. – № 1. – С. 6–12.

4. Юльметова О. С., Щербак А. Г., Исследование процесса формирования светоконтрастного растра посредством лазерного маркирования // Научно–технический вестник ИТМО. – 2010. – № 05. – С. 28–34.

5. Махаев Е. А., Рябова Л. П., Чесноков П. А.. Разработка конструкции и технологии изготовления ротора криогироскопа // Материалы XXX Конференции памяти Н.Н. Острякова, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор, 4–6 октября 2016. – С. 116–123.

6. Патент РФ № RU 2460971, МПК G01C25, Способ изготовления ротора криогенного гироскопа / Колосов В. Н., Шевырев А. А.– Опубликовано 10.09.2012 г.

7. Сайдахмедов Р. Х. Плазменные покрытия на основе нитридов и карбидов переходных металлов с регулируемой стехиометрией. – Ташкент: Фан, 2005. – 226 с.

8. Панькин Н. А. Влияние условий конденсации ионно-плазменного потока на структуру и свойства покрытий нитрида титана // Автореф. дис. ... кандидат физико-математических наук, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал, 2008. – 18 с.

9. Юльметова О. С., Щербак А. Г., Юльметова Р. Ф., Туманова М. А. Анализ свойств модифицированных тонкопленочных структур, формируемых в процессе лазерной обработки поверхности нитрида титана // Вопросы материаловедения. – 2017. – № 2 (90). – С. 83–91.

10. Патент РФ 2173733, МПК C23C14/35, Способ формирования сверхпроводящего пленочного покрытия из нитрида ниобия и проводника на его основе / Тулеушев А. Ж., Тулеушев Ю. Ж., Володин В. Н., Лисицын В. Н. Ким С. Н., Асанов А. Б.

11. Патент США 4726890, C 23 C 14/34, 88.02.23, Method of producing high Tc superconducting NbN films / Thakoor S., Lamb J. L., Thakoor A. P., Khanna S.K. – Бюлл. № 4, 1988.

12. Матлахов В. П. Зависимость физико-механических свойств нитридтитановых покрытий от давления азота // Вестник Брянского ГТУ. – 2006. – № 2. – С. 93–96.

13. Бериллий. Наука и технология / Пер. с англ. / Под ред. Г.Ф. Тихинского и И. И. Папирова. – М.: Металлургия, 1984. – 624 с.

14. Линчевский Б. В. Термодинамика и кинетика взаимодействия газов с жидкими металлами. – М.: Металлургия, 1986. – 222 с.

15. Чапланов А. М., Щербакова Е. Н. Структурные и фазовые превращения в тонких пленках титана при облучении азот-водородной плазмой. Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 10, стр. 102–108

16. Yulmetova O. S., Scherbak A. G. Contrast image formation based on thermodynamic approach and surface laser oxidation process for optoelectronic read-out system / Optics and laser technology. – 2018. – V. 101. – P. 242–247.

17. Yulmetova O. S., Tumanova M. A. Laser marking of contrast images for optical read-out systems. / Journal of Physics: Conference Series. – 2017. –V. 917, N 05. – P. 052007.

18. Webb G. W., Marsig l io F., Hirsc h J. E. Superconductivity in the elements, alloys and simple compounds // Physica C: superconductivity and its applications. – 2015. – V. 514. – P. 17–27

19. Туманова М. А., Щербак А. Г. Технологические аспекты формирования функциональных элементов при изготовлении узлов криогенных гироскопических приборов // Материалы XXXI Конференции памяти Н. Н. Острякова, ГНЦ РФ, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2–4 октября 2018 г. – С. 338–344.

20. Володин В. Н., Тулеушев Ю. Ж., Жаканбаев Е. А. Структура и фазовый состав напыленных пленок системы ниобий–углерод // Физика металлов и металловедение. – 2013. – Т. 114, № 5. – С. 432–436.

21. Dubrovskiy A., Okunev M., Makarova O., Kuznetsov S. Superconducting niobium coatings deposited on spherical substrates in molten salts // Coatings. – 2018 – V. 8 (6) – P. 213.

22. Krasnosvobodtsev S. I., Shabanova N. P., Ekimov E. V., Nozdrin V. S., Pechen E. V. Critical magnetic field of NbC: new data on clean superconductor films // JETP. – 1995. – N 108. – С. 970–976.

23. Патент RU №2678707. Способ изготовления чувствительного элемента криогенного гироскопа / Левин С. Л., Туманова М. А., Юльметова О. С., Святый В. В., Щербак А. Г., Рябова Л. П. – 2019.