Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2021

Идентификатор DOI: 10.31772/2712-8970-2021-22-2-383-390

Ключевые слова: MAX materials, thin films, Competing phases, enthalpy of formation, chromium, Galium, carbon, МАХ материалы, тонкие пленки, конкурирующие фазы, энтальпия образования, хром, галий, углерод

Аннотация: MAX-фазы представляют собой семейство тройных слоистых соединений с формальной стехиометрией M_n+1AX_n (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). MAX-phases are a family of ternary layered compounds with the formal stoichiometry M_n+1AX_n (n = 1, 2, 3...), where M is a transition d-metal; A is a p-element (for example, Si, Ge, Al, S, Sn, etc.); X is carbon or nitrogen [1]. Layered triple carbides and nitrides of d-and p-elements (MAX-phases) exhibit a unique combination of properties characteristic of both metals and ceramics, which makes their application as various coatings in space industry very promising. Obtaining the desired properties of the MAX-phases depends on the technological conditions of material synthesis. This requires thorough theoretical modelling of the elements’ interaction at the interface. Concurrent growth of competing phases along with the MAX-phase may occur due to the favorability of the formation of competing phases and also be promoted by lower energy interfaces with the substrate in comparison with a MAX-phase. In this work, we study thermodynamic favorability of competing phases and Cr₂GaC MAX-phase depending on the chemical composition of the atomic flow. To study these compounds, it was necessary to consider the Cr-Ga-C system. According to the effective heat of formation model, each reaction of the formation of a certain phase can be characterized by enthalpy [2]. To find out the most favorable phases, it was necessary to calculate the enthalpy of all possible reactions. Thus, the task was to sort through all possible reactions between pure elements available in various ratios, in particular, in the ratio corresponding to the given MAX-phase stoichiometry, i.e. Cr:Ga:C=2:1: 1. Moreover, it is considered that the density of near-coincidence sites [3,4] for interfaces between MAX-phase, thermodynamically favourable competing phases and MgO(111) surface shows a role of the interface in the determination of the structural quality of the MAX-phase thin film grown on MgO(111).

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал

Выпуск журнала: Т. 22, № 2

Номера страниц: 383-390

Место издания: Красноярск

Издатель: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева

• Назарова З. И. (Сибирский федеральный университет)
• Назаров А. Н. (Сибирский федеральный университет)

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)