Прогнозирование образования конкурирующих фаз при росте тонких пленок Cr2GaC на MgO(111)

Автор: Назарова З.И., Назаров А.Н.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 2 т.22, 2021 года.

Бесплатный доступ

Резюме: MAX-фазы представляют собой семейство тройных слоистых соединений с формальной стехиометрией Mn+1AXn (n = 1, 2, 3…), где М - переходный d-металл; А - p-элемент (например, Si, Ge, Al, S, Sn и др.); Х - углерод или азот [1]. Слоистые тройные карбиды и нитриды d- и p-элементов (MAX-фазы) проявляют уникальное сочетание свойств, характерных как для металлов, так и для керамики, что делает их применение перспективным в космической отрасли в качестве различных покрытий. Получение требуемых свойств MAX-фаз зависит от технологических условий синтеза материала. Для этого необходимо тщательное теоретическое моделирование взаимодействия элементов на границе раздела. Одновременный рост конкурирующих фаз наряду с MAX-фазой может происходить из-за выгодности образования конкурирующих фаз, а также из-за более низкоэнергетического интерфейса с подложкой по сравнению с MAX-фазой. В данной работе мы изучаем термодинамическую выгодность конкурирующих фаз и MAX-фазы Cr2GaC в зависимости от химического состава потока атомов. Для изучения этих соединений было необходимо рассмотреть систему Cr-Ga-C. Согласно модели эффективной теплоты образования каждую реакцию образования некоторой фазы можно охарактеризовать энтальпией [2]. Для выяснения наиболее выгодных к формированию фаз было необходимо произвести расчёт энтальпии для всех возможных реакций. Таким образом, задача состояла в переборе всех возможных реакций между чистыми элементами, доступными в различных соотношениях, в частности, в соотношении, соответствующем заданной стехиометрии MAX-фазы, т. е. Cr:Ga:C=2:1:1. Кроме того, считается, что плотность совпадающих узлов [3; 4] для границ раздела между MAX-фазой, термодинамически выгодными конкурирующими фазами и поверхностью MgO(111) показывает роль интерфейса при определении структурного качества тонкой плёнки MAX-фазы, выращенной на MgO(111).

Еще

Мах материалы, тонкие пленки, конкурирующие фазы, энтальпия образования, хром, галий, углерод

Короткий адрес: https://sciup.org/148322039

IDR: 148322039   |   DOI: 10.31772/2712-8970-2021-22-2-383-390

Список литературы Прогнозирование образования конкурирующих фаз при росте тонких пленок Cr2GaC на MgO(111)

  • Сметкин А. А., Майорова Ю. К. Свойства материалов на основе МАХ-фаз (обзор) // Вестник Пермского нац. исслед. политехн. ун-та. Машиностроение, материаловедение. 2015. № 17(4). С. 120-138.
  • Pretorius R., Theron C. C., Vantomme, A., Mayer J. W. Compound phase formation in thin film structures // Critical reviews in solid state and materials sciences. 1999. No. 24(1), P. 1-62.
  • Tarasov I. A., Visotin M. A., Kuznetzova T. V. et. al. Selective synthesis of higher manganese silicides: a new Mn17Si30 phase, its electronic, transport, and optical properties in comparison with Mn4Si7 // J. Mater Sci. 2018. No. 53. P. 7571-7594. doi: 10.1007/s10853-018-2105-y
  • Visotin M. A., Tarasov I. A., Fedorov A. S. et al. Prediction of orientation relationships and interface structures between a-, P-, y-FeSi2 and Si phases // Acta Crystallogr Sect B Struct Sci Cryst Eng Mater. 2020. No. 76: P. 469-482. doi: 10.1107/S2052520620005727
  • Barsoum M. W., Radovic M. Elastic and mechanical properties of the MAX phases // Annual review of materials research. 2011. Vol. 41. P. 195-227.
  • Sun Z. M. Progress in research and development on MAX phases: a family of layered ternary compounds // International Materials Reviews. 2011. Vol. 56. No. 3. P. 143-166.
  • Radovic M., Barsoum M. W. MAX phases: bridging the gap between metals and ceramics // American Ceramics Society Bulletin. 2013. Vol. 92, No. 3. P. 20-27.
  • Sokol M. et al. On the chemical diversity of the MAX phases // Trends in Chemistry. 2019. Vol. 1, No. 2. P. 210-223.
  • Barsoum M. W. MAX phases: properties of machinable ternary carbides and nitrides. John Wiley & Sons, 2013.
  • Dahlqvist M., Alling B., Rosén J. Stability trends of M A X phases from first principles // Physical Review B. 2010. Vol. 81, No. 22. P. 220102.
  • Hu C. et al. Nb4AlC3: A new compound belonging to the MAX phases // Scripta Materialia. 2007. Vol. 57, No. 10. P. 893-896.
  • Tallman D. J. et al. Effect of neutron irradiation on select MAX phases // Acta Materialia. 2015. Vol. 85. P. 132-143.
  • Ingason A. S., Dahlqvist M., Rosén J. Magnetic MAX phases from theory and experiments; a review // Journal of Physics: Condensed Matter. 2016. Vol. 28, No. 43. P. 433003.
  • Медведева Н. И., Еняшин А. Н., Ивановский А. Л. Моделирование электронного строения, химической связи и свойств тройного силикокарбида Ti3SiC2 // Журнал структурной химии. 2011. № 52(4). С. 806.
  • Phase stability of Crn+ 1GaCn MAX phases from first principles and Cr2GaC thin-film synthesis using magnetron sputtering from elemental targets / A. Petruhins, A. S. Ingason, M. Dahlqvist et al. // Physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters. 2013. No. 7(11). P. 971-974.
Еще
Статья научная