Адсорбция и образование зародышей конденсированной фазы

Стадии и механизмы роста покрытий при их осаждении из газового потока

В случае осаждения покрытия из газовой фазы, из атомарного потока. Кинетика их роста структура и следовательно св-ва зависят от следующих базовых параметров:1. Давление остаточных газов в вакуумной камере. Таким образом среду воздуха заменяют на другую или вообще убирают (высокий вакуум).2. Плотность потока падающих на поверхность атомов. При возрастании плотности потоков происходит более интенсивное зародышеобразование и повышается сплошность покрытия, увеличивается его адгезионная прочность.3. Температура поверхности подложки.При повышении температуры подложки, формируется покрытие с более равновесной стр-рой, однако, скорость осаждения и сплошность покрытия в тонких слоях снижается. Последующая термообработка (после нанесения покрытия) может кардинально изменять структуру покрытия и его св-ва.4. Степень ионизации и энергия падающих атомовкак правило повышение степени ионизации и энергии падающих атомов, вначале способствует повышению функциональных св-в покрытия, в частности повышения адгезионной прочности, дальнейшее увеличение энергии падающих атомов приводит к структурным дефектам.Размер кристаллитов исходя из температуры конденсации. Размер кристаллитов растёт. При этом зависимость не является линейной, с начало идёт линейный рост, потом он степенной а затем рост кристаллитов замедляется, при этом чем толще покрытие, тем размер кристаллитов больше. Таким образом варьируя температурой подложки можем менять толщину покрытия

 

Адсорбция и образование зародышей конденсированной фазы

В результате взаимодействия атомов потока с поверхностью, протекающих при этом процессов энергообмена определенная их часть адсорбируется. При этом плотность адсорбированных атомов n_а, ат./м², зависит от плотности потока атомов j, ат./(м²с), взаимодействующих с поверхностью, и определяется вероятностью десорбции атомов. Вероятность десорбции атомов

= n_а/t_а,

где t_а=t_оexp(E_а/kT)– время жизни в адсорбированном состоянии, t_о=10^-13…10^-12с; E_а– энергия связи с поверхностью; k – постоянная Больцмана.

Тогда изменение плотности адсорбированных атомов за дифференциальное малое время dt

dn_а= jdt - n_аdt/t_a.

Уравнение составлено на основании закона сохранения массы: количество адсорбированных атомов равно разности числа атомов jdt, поступающих на поверхность за время dt, и атомов, перешедших за это время обратно в газовую фазу.

Решением дифференциального уравнения при начальном условии n_a(t=0) = 0 является выражение

Для начальных стадий осаждения (t<<ф_a) можно принять, что

Тогда на основании получим n_a=jt . Таким образом, при малых временах осаждения наблюдается линейное возрастание плотности адсорбированных атомов в процессе осаждения.

 

 

6. Коалесценция (от лат. coalesco — срастаюсь, соединяюсь) — слияние частиц (например, капель или пузырей) внутри подвижной среды (жидкости, газа) или на поверхности тела^[1].

Коалесценция сопровождается укрупнением капель (пузырей) и обусловлена действием сил межмолекулярного притяжения. Это самопроизвольный процесс (сопровождается уменьшением свободной энергии системы).

В жидкой дисперсионной среде коалесценции часто предшествует коагуляция.

При коалесценции распределение частиц по размеру описывается распределением Лившица-Слезова