Особенности изменения оптических и механических характеристик кварцевых пластин с упрочняющим покрытием

Сотрудниками лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий Института физики прочности и материаловедения СО РАН исследованы покрытия In-Sn-O разной толщины со столбчатой структурой, нормальной к поверхности подложки, которые были нанесены методом импульсного реактивного магнетронного распыления мишени из сплава индия с оловом на пластины кварцевого стекла.

Столбцы состояли из единственной фазы In₂O₃ с ОЦК-решеткой. По сравнению с исходной кварцевой подложкой средние значения вязкости разрушения образцов с покрытием In-Sn-O выше, а микротвердость ниже в ~1,7 раза. Сопротивление пластической деформации материалов покрытия H₃/E₂ имеет весьма низкое значение — менее 0,13 ГПа по сравнению с ранее изученными ударостойкими высокотвёрдыми покрытиями Al-Si-N. Тем не менее, при ударном воздействии гиперскоростных микрочастиц железа покрытие оказывает высокую стойкость против локального разрушения поверхностного слоя. При нанесении покрытия In-Sn-O поверхностная плотность образующихся кратеров уменьшалась более чем в 3 раза. Это обусловлено более интенсивной диссипацией энергии высокоскоростных частиц материалом покрытия, имеющего существенно более высокую плотность по сравнению с кварцевым стеклом.

Кроме того столбчатая структура покрытий может действовать подобно основе Винклера, При ударе столбцы играют роль пружин сжатия в модели Винклера, эффективно рассеивая энергию удара частиц, существенно затрудняя образование мелких кратеров при ударах частиц, движущихся со скоростями ниже наиболее вероятной. Эффект усиливается с увеличением толщины покрытия, где столбчатая структура наиболее выражена. В статье выяснена также роль защитных покрытий в изменении величины светопропускания стеклянных пластин при ударном воздействии на них гиперскоростных потоков твёрдых микрочастиц.

Исследование выполнено в рамках программы фундаментальных научных исследований ИФПМ СО РАН (FWRW-2021-0003).

Результаты опубликованы в журнале Acta Astronautica.

Источник: ИФПМ СО РАН.