Формирование функциональных тонкопленочных структур бинарных соединений на основе ниобия

Разработаны технологические схемы формирования бинарных соединений ниобия на основе термовакуумного напыления тонкопленочного ниобиевого покрытия с последующей термической или лазерной обработкой, обеспечивающей формирование карбида или нитрида ниобия. Представлены результаты рентгенофазового анализа, подтверждающие эффективность применения термодинамических расчетов для аналитического прогнозирования фазового состава и свойств формируемых соединений. Обоснованы перспективы практического использования представленных технических решений для разработки технологии изготовления криогенного гироскопа.

1. Valeeva A. A., Gusev A. I. Effect of nonstoichiometry on elastic properties of niobium carbide NbCy // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2021. – V. 95. – Art. 105435. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105435

2. Li J., Bai H., Li R., Zhu Y., Chen L., Zhao N., Xu Y. Microstructure and bond strength of niobium carbide coating on GCr15 prepared by in situ hot press sintering // Journal of Materials Research and Technology. – 2023. – V. 24. – P. 4843–4851. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.140

3. Tabakov V., Chikhranov A., Dolzhenko Y., Zykin E. Study of the influence of deposition conditions on the structural parameters and mechanical properties of coatings based on niobium nitride // Materials Today: Proceedings. – 2021. – V. 38, Is. 4. – P. 1956–1959.

4. Laskoski M., Prestigiacomo J., Dyatkin B., Keller T. M., Mahzabeen W., Shepherd A. R., Daftary M. N., Clarke J. S., Neal A., Qadri S. B., Osofsky M. Synthesis and material properties of polymer-derived niobium carbide and niobium nitride nanocrystalline ceramics // Ceramics International. – 2021. – V. 47, Is. 1. – P. 1163–1168. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.08.232

5. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Т. 1 / Под ред. Н. П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996. – 992 с.

6. Дементьева М. М., Приходько К. Е., Гурович Б. А., Кутузов Л. В., Комаров Д. А. Изучение эволюции атомного состава тонких пленок NbN в процессе облучения смешанными ионными пучками методами спектроскопии энергетических потерь электронов // Физика твердого тела. – 2016. – Т. 58, вып. 11. – С. 2104–2108.

7. Chen H., Radeka V. Cryogenic electronics for noble liquid neutrino detectors // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2023. – V. 1045. – Art. 167571. https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167571

8. Левин С. Л., Святый В. В., Степченко М. В., Цветков В. Н., Чесноков П. А., Щербак А. Г., Машичев В. А. Результаты разработки конструкции и технологии изготовления элементов криогироскопа // Материалы XXX Конференция памяти Н. Н. Острякова, ГНЦ РФ, АО «Концерн ЦНИИ «Электроприбор», 4–6 октября 2016. – С. 99–106.

9. Kahn R., Everitt F., Muhlfelder B., Langenstein T. Gravity Probe B // Science Results. – NASA Final Report, 2008.

10. Патент РФ № 2460971. Способ изготовления ротора криогенного гироскопа / В. Н. Колосов, А. А. Шевырев // Бюл. № 25. – 2012.

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

12. Tit M. A., Belyaev S. N. Effect of Stoichiometric Composition on the Functional Characteristics of Thin-Film Surface Structures on Gyroscope Components // Inorganic Materials: Applied Research. – 2020. – N 11(6). – P. 1370–1377.

13. Юльметова О. С. Исследование процесса лазерного оксидирования ниобия // Вопросы материаловедения. – 2018. – № 2 (94). – С. 83–91.

14. Tit M. A., Yulmetova O. S., Sisyukov A. N., Andreeva V. D., Yulmetova R. F. Application of Niobium Nitride Thin Films for Improvement of Performance Characteristics of Cryogenic Gyroscope // Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. Moscow, 26–28 January 2021.

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

16. Каримов Ю. С., Уткина Т. Г. Сверхпроводимость нестехиометрического карбида ниобия // Письма в ЖЭТФ. – 1990. – Т. 51, вып. 9. – С. 468–470.

17. Georg F, Jonh K. The superconductivity of some transition metal compounds // Physical Review. – 1954. – V. 93, Is. 5. – P. 1004–1016.

18. Ремпель А. А., Гусев А. И., Гололобов Е. М, Прыткова Н. А., Томило Ж. М. Влияние упорядочения на температуру перехода в сверхпроводящее состояние нестехиометрического карбида ниобия // Физика твердого тела. – 1986. – Т. 28, вып. 1. – С. 279–281.

19. Leith S., Vogel M., Fan J., Seiler E., Ries R., Jiang X. Superconducting NbN films for use in superconducting radio frequency cavities // Superconducting science and technology. – 2021. – V. 34, N 2.

20. Discovery of Superconductivity in Hard Hexagonal ε-NbN / Zou Y. et al. // Scientific Reports. – 2016. – N 6 (1).

21. Юльметова О. С. Ионно-плазменные и лазерные технологии в гироскопическом приборостроении // Дис. … д-ра техн. наук. – ГНЦ РФ АО «Концерн ЦНИИ «Электроприбор», 2019. – 244 с.

22. 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.

23. Yulmetova O. S., Scherbak A. G. Composition analysis of thin films formed on beryllium surfaces under pulsed laser action by the method of chemical thermodynamics // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2018. – V. 97. – P. 3231–3236. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2216-2.

24. Tit M. A., Yulmetova O. S., Sisyukov A. N. Analysis of Niobium Thin Film Modification Based on Thermodynamic Approach // 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), St. Petersburg and Moscow, Russia. – 2020. – P. 1049–1052.

25. Barzilai S., Frage N., Raveh A. Niobium layers on graphite: Growth parameters and thermal annealing effects // Surface and Coatings Technology. – 2006. – V. 200. – P. 4646–4653.

26. Кукин В. Н., Боргардт Н. И., Агафонов А. В., Кузнецов В. О. Фазовая неоднородность структуры углеситалла // Письма в ЖЭТФ. – 2004. – Т. 30, вып. 17. – С. 76–82.

27. Уманский С. Я. Теория элементарных химических реакций. – М.: Интеллект, 2009. – 408 с.

28. Маслов А. А., Оствальд Р. В., Шагалов В. В., Маслова Е. С., Горенюк Ю. С. Химическая технология ниобия и тантала. Учебное пособие. – Томск, 2010. – 97 с.

29. Патент РФ № 2660756. Способ изготовления ротора шарового гироскопа / С. Л. Левин, О. С. Юльметова, Е. А. Махаев и др. // Бюл. изобр. – 2018. – № 19.

30. Matthias B. T. Transition temperatures of superconductors // Phys. Rev. – 1953. – V. 92, Is. 4. – P. 874–876.