RU2608858C2 - Glass with optically transparent protective coating and method of its production - Google Patents

Glass with optically transparent protective coating and method of its production Download PDF

Info

Publication number
RU2608858C2
RU2608858C2 RU2015123046A RU2015123046A RU2608858C2 RU 2608858 C2 RU2608858 C2 RU 2608858C2 RU 2015123046 A RU2015123046 A RU 2015123046A RU 2015123046 A RU2015123046 A RU 2015123046A RU 2608858 C2 RU2608858 C2 RU 2608858C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
glass
coating
substrate
aluminum
Prior art date
Application number
RU2015123046A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015123046A (en
Inventor
Виктор Евгеньевич Панин
Сергей Григорьевич Псахье
Виктор Петрович Сергеев
Валерий Петрович Свечкин
Владимир Алексеевич Соловьев
Александр Григорьевич Чернявский
Петр Савельевич Чубик
Алексей Николаевич Яковлев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" (ОАО "РКК "Энергия")
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (ФГАОУ ВО НИ ТПУ)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" (ОАО "РКК "Энергия"), Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (ФГАОУ ВО НИ ТПУ), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" (ОАО "РКК "Энергия")
Priority to RU2015123046A priority Critical patent/RU2608858C2/en
Publication of RU2015123046A publication Critical patent/RU2015123046A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2608858C2 publication Critical patent/RU2608858C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/36Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: optical system; manufacturing technology.
SUBSTANCE: invention relates to glass with optically transparent coating and method of its production and can be used in production of optical elements of spacecraft. Glass with optically transparent protective coating has substrate of optically transparent glass and applied on substrate two-layer transparent coating. Coating consists of two layers, lower layer is nano-metal with thickness from 20 to 40 nm, upper ceramic layer is made of aluminium nitride and silicon nitride with thickness from 5 to 15 mcm with nanocrystalline or amorphous nano-crystalline or amorphous structure. Method consists of three stages: 1) bombardment of substrate surface with pulse-periodic high-energy beams of ions of coating lower layer metal, 2) unipolar pulse magnetron deposition of lower nanocrystalline metal layer, 3) bipolar pulse magnetron deposition of upper double-phase ceramic layer, carried out in single vacuum cycle.
EFFECT: technical result consists in production of glass with high resistance to impact effect of high-speed solid particles.
11 cl, 8 dwg, 3 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к вакуумной технологии нанесения оптически прозрачных защитных покрытий, обладающих повышенной стойкостью к ударному воздействию высокоскоростных твердых микрочастиц, на оптические элементы космических аппаратов, в частности на стекла иллюминаторов, и может быть использовано в космическом машиностроении и других областях.The invention relates to a vacuum technology for applying optically transparent protective coatings with increased resistance to impact of high-speed solid microparticles on the optical elements of spacecraft, in particular, on windows of windows, and can be used in space engineering and other fields.

Известен патент RU 2515826, в котором раскрыт терморегулирующий материал, содержащий подложку в виде оптически прозрачного стекла, высокоотражающий слой из серебра, защитный слой из нержавеющей стали. Перед нанесением покрытия осуществляют химическую очистку и обработку тлеющим разрядом подложки. Затем последовательно осуществляют нанесение высокоотражающего слоя толщиной 0,10-0,15 мкм и защитного слоя толщиной 0,10-0,20 мкм в вакуумной камере методом магнетронного распыления без разгерметизации вакуумной камеры за один технологический цикл, располагая подложку последовательно под магнетронными источниками с мишенью из серебра и мишенью из нержавеющей стали. Изобретение относится к космической технике и касается создания терморегулирующего материала для нанесения на поверхность космического объекта. Достигается улучшение терморадиационных характеристик поверхности космического объекта.Known patent RU 2515826, which disclosed a temperature-controlled material containing a substrate in the form of optically transparent glass, a highly reflective layer of silver, a protective layer of stainless steel. Before applying the coating carry out chemical cleaning and processing by glow discharge of the substrate. Then, a highly reflecting layer 0.10-0.15 μm thick and a protective layer 0.10-0.20 μm thick in the vacuum chamber are magnetically sprayed without depressurizing the vacuum chamber in one technological cycle, placing the substrate sequentially under the magnetron sources with the target made of silver and stainless steel target. The invention relates to space technology and relates to the creation of a thermoregulating material for application to the surface of a space object. An improvement is achieved in the thermoradiation characteristics of the surface of a space object.

Однако покрытие не является оптически прозрачным и не обладает стойкостью к ударному воздействию высокоскоростных микрочастиц (микрометеороидов).However, the coating is not optically transparent and does not have the impact resistance of high-speed microparticles (micrometeoroids).

Известен патент RU 2241065, в котором раскрыт способ нанесения проводящего прозрачного покрытия на поверхность оптических деталей. Предложенный способ включает реактивное магнетронное распыление и осаждение металлического индия с добавлением олова в атмосфере газовой смеси инертного газа и кислорода, при этом осаждение ведут при соотношении напыляемых компонентов в мишени: индий - 95%, олово - 5% и при отношении парциальных давлений кислорода и аргона в газовой смеси, составляющем 1:6. В процессе реактивного магнетронного распыления толщину покрытия контролируют спектрофотометром до достижения максимума пропускания в нужной длине волны света. Техническим результатом изобретения является разработка способа, позволяющего получить высококачественное покрытие, оптическая прозрачность которого в видимом диапазоне составляет 90%, удельное поверхностное сопротивление в зависимости от толщины нанесенного покрытия составляет 30-75 Ом/кв при однородности 3-7 Ом/кв. Способ позволяет наносить проводящее покрытие на стекло, но такое покрытие не является защитным.Known patent RU 2241065, which disclosed a method of applying a conductive transparent coating on the surface of optical parts. The proposed method includes reactive magnetron sputtering and deposition of metallic indium with the addition of tin in an atmosphere of a gas mixture of inert gas and oxygen, while the deposition is carried out at a ratio of the sprayed components in the target: indium - 95%, tin - 5% and at the ratio of partial pressures of oxygen and argon in a gas mixture of 1: 6. In the process of reactive magnetron sputtering, the thickness of the coating is monitored by a spectrophotometer until a maximum transmission is reached at the desired wavelength of light. The technical result of the invention is the development of a method that allows to obtain a high-quality coating, the optical transparency of which in the visible range is 90%, the specific surface resistance depending on the thickness of the applied coating is 30-75 Ohm / sq with uniformity of 3-7 Ohm / sq. The method allows to apply a conductive coating to the glass, but such a coating is not protective.

Известен патент RU 2165998, в котором раскрыт способ формирования теплоотражающего покрытия на стекле, включающий очистку стекла и нанесение покрытия путем дугового или магнетронного напыления в вакууме, отличающийся тем, что процесс напыления в течение всего времени нанесения покрытия сопровождают ионной обработкой. Покрытие состоит из трех слоев: буферного, отражающего и защитного. Для напыления буферного и защитного слоя осуществляют вакуумное распыление, по крайней мере, одного катода, выполненного из металла, выбранного из группы, состоящей из алюминия, титана, олова в среде смеси газов кислород и аргон в соотношении 0,2÷0,8 и рабочем давлении 0,3-0,66 Па. Для напыления отражающего слоя осуществляют вакуумное распыление, по крайней мере, одного катода, выполненного из металла, выбранного из группы, состоящей из меди и серебра в среде аргона при рабочем давлении 0,3-0,66 Па. Ионную обработку при напылении буферного и защитного слоев проводят пучком ионов кислорода, а при напылении отражающего слоя пучком ионов аргона, при ускоряющем напряжении 8-10 кВ, плотностью тока 0,3-1×10-4 А/см2 и рабочем давлении 0,3÷0,6 Па в течение всего процесса напыления. Очистку стекла осуществляют по крайней мере в два этапа, в течение первого этапа, до помещения его в вакуумную камеру проводят очистку моющими средствами, второй этап очистки проводят в вакууме и чистят пучком ионов аргона с ускоряющим напряжением до 1 кВ, плотностью тока не менее 1×10-4 А/см2 и рабочем давлении 0,3÷0,66 Па не более 5 минут.Known patent RU 2165998, which disclosed a method of forming a heat-reflecting coating on glass, comprising cleaning the glass and coating by arc or magnetron sputtering in vacuum, characterized in that the sputtering process is accompanied by ion processing during the entire time of coating. The coating consists of three layers: buffer, reflective and protective. To spray the buffer and protective layer, vacuum spraying of at least one cathode made of a metal selected from the group consisting of aluminum, titanium, tin in a medium of a mixture of gases oxygen and argon in a ratio of 0.2 ÷ 0.8 and working pressure 0.3-0.66 Pa. To spray the reflective layer, vacuum spraying of at least one cathode made of a metal selected from the group consisting of copper and silver in argon medium at an operating pressure of 0.3-0.66 Pa is carried out. Ion treatment during the deposition of the buffer and protective layers is carried out by a beam of oxygen ions, and during deposition of the reflective layer by a beam of argon ions, at an accelerating voltage of 8-10 kV, a current density of 0.3-1 × 10 -4 A / cm 2 and an operating pressure of 0, 3 ÷ 0.6 Pa during the entire spraying process. Glass cleaning is carried out in at least two stages, during the first stage, before being placed in a vacuum chamber, they are cleaned with detergents, the second stage of cleaning is carried out in vacuum and cleaned with an argon ion beam with an accelerating voltage of up to 1 kV, current density of at least 1 × 10 -4 A / cm 2 and a working pressure of 0.3 ÷ 0.66 Pa not more than 5 minutes.

Сформированное по данному способу покрытие является прозрачным в диапазоне видимого света и обладает одновременно повышенной коррозионной стойкостью, износостойкостью и адгезией к поверхности стекла, но не является стойким против ударного воздействия высокоскоростных микрочастиц.Formed by this method, the coating is transparent in the range of visible light and has simultaneously increased corrosion resistance, wear resistance and adhesion to the glass surface, but is not resistant to the impact of high-speed microparticles.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является решение, раскрытое в заявке EP 1705162, в ней раскрыта подложка с покрытием толщиной до 2 мкм, включающая: 1) стеклянную подложку и 2) кристаллическое/аморфное двухфазное покрытие высокой твердости, кроме того, покрытие, включает: 3) кристаллическое вещество и 4) аморфное вещество как матрицу, кроме того, 5) кристаллическое вещество и аморфное вещество являются несмешивающимися и осаждаются на подложку одновременно, кроме того, 6) кристаллическое вещество выбрано из группы, состоящей из нитрида алюминия (AlN), нитрида бора (BN), нитрида галлия (GaN) и нитрида индия (InN) или их сплавов, а аморфное вещество - нитрид кремния (Si3N4), кроме того, 7) кристаллическое/аморфное двухфазное покрытие прозрачно, по крайней мере, к видимому свету. В этой заявке раскрыт также способ нанесения указанного покрытия на подложку, причем кристаллические и аморфные вещества осаждаются на подложку с использованием реактивного физического процесса осаждения пара, причем для осаждения этих двух веществ используется единственная составная мишень или, по крайней мере, две пространственно разделенные мишени, причем до нанесения этих двух веществ на подложку последняя нагревается до температуры выше комнатной температуры, например до температуры 200°C, кроме того, между держателем подложки или поверхностью подложки и заземленной стенкой вакуумной камеры, в которой эти два вещества одновременно осаждаются на подложку, прикладывается высокочастотное напряжение смещения.Closest to the proposed technical solution is the solution disclosed in the application EP 1705162, it discloses a substrate with a coating thickness of up to 2 μm, including: 1) a glass substrate and 2) a crystalline / amorphous two-phase coating of high hardness, in addition, the coating includes: 3) a crystalline substance and 4) an amorphous substance as a matrix, in addition, 5) a crystalline substance and an amorphous substance are immiscible and settle on a substrate at the same time, in addition, 6) the crystalline substance is selected from the group consisting of and aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), gallium nitride (GaN) and indium nitride (InN), or their alloys, amorphous - silicon nitride (Si 3 N 4), in addition, 7) crystalline / amorphous two-phase coating transparent, at least to visible light. This application also discloses a method of depositing said coating on a substrate, wherein crystalline and amorphous substances are deposited on the substrate using a reactive physical vapor deposition process, and a single composite target or at least two spatially separated targets are used to deposit these two substances. before applying these two substances on the substrate, the latter is heated to a temperature above room temperature, for example, to a temperature of 200 ° C, in addition, between the holder of the substrate or and a surface of the substrate and a grounded wall of the vacuum chamber, in which these two substances are simultaneously deposited on the substrate, a high-frequency bias voltage is applied.

Это изобретение позволило достичь удовлетворительных значений технических характеристик стекол с покрытиями по прозрачности и износостойкости, необходимыми для таких применений, как, например, для сканеров, дисплеев, сенсоров или архитектурного и автомобильного стекла, или для офтальмологических приложений типа стеклянных очков. Однако для космических приложений, там, где стекла космических аппаратов подвергаются непрерывной бомбардировке микрометеороидами, движущимися со скоростью более 3-5 км/с, такие стекла с покрытиями имеют неудовлетворительные характеристики, например, по стойкости против ударного воздействия высокоскоростных твердых микрочастиц вследствие малой толщины до 2 мкм, неудовлетворительной микроструктуры и фазового состава покрытий.This invention made it possible to achieve satisfactory values of the technical characteristics of glasses with coatings in terms of transparency and wear resistance, which are necessary for applications such as, for example, scanners, displays, sensors or architectural and automotive glass, or for ophthalmic applications such as glass glasses. However, for space applications, where the spacecraft’s glasses are continuously bombarded by micrometeoroids moving at a speed of more than 3-5 km / s, such coated glasses have unsatisfactory characteristics, for example, in resistance to impact from high-speed solid microparticles due to the small thickness of up to 2 microns, unsatisfactory microstructure and phase composition of the coatings.

Задачей настоящего изобретения является создание стекла с оптически прозрачным защитным покрытием, обладающим повышенной стойкостью против ударного воздействия высокоскоростных твердых микрочастиц, адгезией, микротвердостью, высоким коэффициентом упругого восстановления, и способа нанесения такого покрытия, состоящего из трех этапов: 1) бомбардировки поверхности подложки импульсно-периодическим высокоэнергетическим пучком ионов того же металла, из которого состоит нижний слой покрытия, 2) униполярного импульсного магнетронного осаждения нижнего нанокристаллического металлического слоя, 3) биполярного импульсного магнетронного осаждения верхнего двухфазного керамического слоя, проводимых в едином вакуумном цикле.The objective of the present invention is to provide glass with an optically transparent protective coating having increased resistance to impact of high-speed solid microparticles, adhesion, microhardness, high coefficient of elastic recovery, and a method for applying such a coating, which consists of three stages: 1) pulse-periodic bombardment of the substrate surface a high-energy ion beam of the same metal that makes up the lower coating layer, 2) a unipolar pulsed magnetron oscillator deposition of the lower nanocrystalline metal layer; 3) bipolar pulsed magnetron deposition of the upper two-phase ceramic layer, carried out in a single vacuum cycle.

Задача достигается тем, что предложенное стекло с оптически прозрачным защитным покрытием, так же, как и известное, содержит подложку из оптически прозрачного стекла и нанесенное на подложку прозрачное покрытие, имеющее в своем составе керамический слой из нитрида алюминия и нитрида кремния.The objective is achieved in that the proposed glass with an optically transparent protective coating, as well as known, contains a substrate of optically transparent glass and a transparent coating deposited on the substrate, having in its composition a ceramic layer of aluminum nitride and silicon nitride.

Новым является то, что упомянутое покрытие осаждается на подложку, предварительно обработанную высокоэнергетическим пучком ионов металла, из которого будет состоять нижний слой покрытия. Оно выполнено двухслойным, при этом нижний слой выполняется на основе металла, выбранного из группы, включающей никель, палладий, платину или их сплавы, или сплавы на их основе, и имеет толщину от 20 до 40 нм и нанозеренную структуру, а верхний керамический слой, состоящий из нитрида алюминия и нитрида кремния, имеет толщину от 5 до 15 мкм и при содержании кремния от 8 до 12 ат.% и алюминия от 36 до 40 ат.% состоит из нанозерен фазы нитрида алюминия со средним поперечным размером менее 10 нм, которые относительно равномерно распределены в аморфной матрице нитрида кремния, при содержании кремния от 12 до 20 ат.% и алюминия от 26 до 36 ат.% состоит из смеси нанозеренных фаз нитрида алюминия и нитрида кремния со средним поперечным размером от 10 до 40 нм, при содержании кремния от 31 до 34 ат.% и алюминия от 10 до 14 ат.% состоит из смеси этих фаз в аморфном состоянии.What is new is that the coating is deposited on a substrate pretreated with a high-energy beam of metal ions, from which the lower coating layer will consist. It is made two-layer, while the lower layer is based on a metal selected from the group including nickel, palladium, platinum or their alloys, or alloys based on them, and has a thickness of 20 to 40 nm and a nanograin structure, and the upper ceramic layer, consisting of aluminum nitride and silicon nitride, has a thickness of 5 to 15 μm and with a silicon content of 8 to 12 at.% and aluminum from 36 to 40 at.% consists of nanograins of the phase of aluminum nitride with an average transverse size of less than 10 nm, which relatively evenly distributed in amorphous matrices silicon nitride, with a silicon content of 12 to 20 at.% and aluminum from 26 to 36 at.% consists of a mixture of nanograin phases of aluminum nitride and silicon nitride with an average transverse size of 10 to 40 nm, with a silicon content of 31 to 34 at % and aluminum from 10 to 14 at.% consists of a mixture of these phases in an amorphous state.

Задача достигается также тем, что, как и в известном, в предлагаемом способе изготовления стекла с оптически прозрачным защитным покрытием осуществляют нанесение на подложку из прозрачного стекла защитного прозрачного покрытия, имеющего двухфазный керамический слой из смеси фаз нитрида алюминия и нитрида кремния, с помощью магнетронного распыления двухкомпонентной составной мишени, состоящей из алюминия и кремния, в атмосфере из смеси инертного и реактивного газа, например смеси аргона и азота, при этом подложка нагрета до температуры, например, 200°C.The task is also achieved by the fact that, as in the known, in the proposed method for manufacturing glass with an optically transparent protective coating, a protective transparent coating is applied to the transparent glass substrate having a two-phase ceramic layer of a mixture of phases of aluminum nitride and silicon nitride using magnetron sputtering a two-component composite target, consisting of aluminum and silicon, in the atmosphere from a mixture of inert and reactive gas, for example a mixture of argon and nitrogen, while the substrate is heated to a temperature e.g. 200 ° C.

Новым является то, что в предлагаемом способе изготовления стекла с оптически прозрачным защитным покрытием процесс проводят в три этапа:New is that in the proposed method for the manufacture of glass with an optically transparent protective coating, the process is carried out in three stages:

на первом - подложку из стекла размещают в вакуумной камере и проводят бомбардировку ее поверхности импульсно-периодическим высокоэнергетическим пучком ионов того же металла, из которого состоит нижний слой покрытия, для обеспечения адгезии этого слоя покрытия и поверхностной проводимости подложки,on the first, a glass substrate is placed in a vacuum chamber and its surface is bombarded with a pulse-periodic high-energy ion beam of the same metal that the lower coating layer consists of, to ensure adhesion of this coating layer and surface conductivity of the substrate,

на втором - методом униполярного импульсного магнетронного распыления металлической мишени с частотой следования импульсов тока на магнетроне от 40 до 60 кГц выполняют осаждение нижнего нанокристаллического металлического слоя толщиной от 20 до 40 нм для обеспечения термоциклической и ударной стойкости покрытия,on the second, by unipolar pulsed magnetron sputtering of a metal target with a current pulse frequency of 40 to 60 kHz on a magnetron, a lower nanocrystalline metal layer with a thickness of 20 to 40 nm is deposited to provide thermocyclic and impact resistance of the coating,

на третьем - методом биполярного импульсного магнетронного распыления составной кремниево-алюминиевой мишени наносят верхний двухфазный керамический слой толщиной от 5 до 15 мкм для обеспечения прозрачности покрытия и увеличения его ударной стойкости, термостойкости и микротвердости.on the third, using the method of bipolar pulsed magnetron sputtering of a composite silicon-aluminum target, an upper two-phase ceramic layer is applied with a thickness of 5 to 15 μm to ensure transparency of the coating and increase its impact resistance, heat resistance, and microhardness.

Для формирования верхнего керамического слоя из нанозерен фазы нитрида алюминия со средним поперечным размером менее 10 нм, которые относительно равномерно распределены в аморфной матрице нитрида кремния, химический состав слоя должен включать кремния от 8 до 12 ат.% и алюминия от 36 до 40 ат.%.To form the upper ceramic layer from nanograins of the phase of aluminum nitride with an average transverse size of less than 10 nm, which are relatively evenly distributed in the amorphous matrix of silicon nitride, the chemical composition of the layer should include silicon from 8 to 12 at.% And aluminum from 36 to 40 at.% .

Для формирования верхнего керамического слоя из смеси нанозеренных фаз нитрида алюминия и нитрида кремния со средним поперечным размером от 10 до 40 нм, химический состав слоя должен включать кремния от 12 до 20 ат.% и алюминия от 26 до 36 ат.%.To form the upper ceramic layer from a mixture of nanograin phases of aluminum nitride and silicon nitride with an average transverse size of 10 to 40 nm, the chemical composition of the layer should include silicon from 12 to 20 at.% And aluminum from 26 to 36 at.%.

Для формирования верхнего керамического слоя из смеси нитрида алюминия и нитрида кремния в аморфном состоянии, химический состав слоя должен включать кремния от 31 до 34 ат.% и алюминия от 10 до 14 ат.%.To form the upper ceramic layer from a mixture of aluminum nitride and silicon nitride in an amorphous state, the chemical composition of the layer should include silicon from 31 to 34 at.% And aluminum from 10 to 14 at.%.

Задача достигается также тем, что процесс формирования верхнего керамического слоя покрытия выполняют:The task is also achieved by the fact that the process of forming the upper ceramic coating layer is performed:

1) в режиме биполярного импульсного магнетронного распыления с частотой следования импульсов тока на магнетроне от 50 до 100 кГц при общем давлении рабочей газовой смеси (аргон + азот) в пределах от 0,2 до 0,4 Па и соотношении парциальных давлений азота к аргону от 1:5 до 1:3,1) in the mode of bipolar pulsed magnetron sputtering with a pulse repetition rate of current pulses on a magnetron from 50 to 100 kHz with a total pressure of the working gas mixture (argon + nitrogen) ranging from 0.2 to 0.4 Pa and a ratio of partial pressures of nitrogen to argon from 1: 5 to 1: 3,

2) при температуре подложки, находящейся в интервалах от 280 до 320°C или от 100 до 200°C,2) at a substrate temperature in the range from 280 to 320 ° C or from 100 to 200 ° C,

3) в условиях приложения к металлическому предметному столу, на котором располагается стеклянная подложка, постоянного отрицательного потенциала смещения в пределах от -50 до -150 В, тогда как стенки вакуумной камеры заземлены.3) under the conditions of applying to the metal object table on which the glass substrate is located, a constant negative bias potential in the range from -50 to -150 V, while the walls of the vacuum chamber are grounded.

Изобретение поясняется графическими материалами и числовыми значениями технических характеристик.The invention is illustrated by graphic materials and numerical values of technical characteristics.

На фиг. 1 приведено электронно-микроскопическое светлопольное изображение (а) поперечного сечения, предлагаемого двухслойного защитного покрытия на основе Ni/Si-Al-N, осажденного по способу 1, на подложке из кварцевого стекла SiO2, микроэлектронограмма (б), полученная с верхнего аморфно-нанокристаллического слоя Si-Al-N, и схема (в) индицирования ее кольцевых рефлексов.In FIG. 1 shows an electron microscopic bright field image (a) of a cross section of the proposed two-layer protective coating based on Ni / Si-Al-N deposited by method 1 on a SiO 2 silica glass substrate, microelectron diffraction pattern (b) obtained from the upper amorphous nanocrystalline layer of Si-Al-N, and scheme (c) for displaying its ring reflexes.

На фиг. 2 приведено электронно-микроскопическое светлопольное изображение (а) поперечного сечения, предлагаемого двухслойного защитного покрытия на основе Ni/Si-Al-N, осажденного по способу, на подложке из кварцевого стекла SiO2 и микроэлектронограмма (б), полученная с верхнего аморфного слоя Si-Al-N.In FIG. 2 shows an electron microscopic bright field image (a) of a cross section of the proposed two-layer protective coating based on Ni / Si-Al-N deposited by the method on a SiO 2 silica glass substrate and (b) microelectron diffraction pattern obtained from the upper amorphous Si layer -Al-N.

На фиг. 3 приведена микроэлектронограмма (а) нижнего никелевого слоя защитного покрытия Ni/Si-Al-N и схема ее индицирования (б).In FIG. Figure 3 shows the microelectron diffraction pattern (a) of the lower nickel layer of the Ni / Si-Al-N protective coating and the pattern of its indication (b).

На фиг. 4 приведены рентгенограммы защитных покрытий на основе Ni/Si-Al-N, полученных по способам 1(а), 2(б) и 3(в).In FIG. 4 shows X-ray diffraction patterns of protective coatings based on Ni / Si-Al-N obtained by methods 1 (a), 2 (b) and 3 (c).

На фиг. 5 приведена схема расположения экспериментальных образцов на предметном столе-держателе при испытаниях на ударную стойкость путем обстрела потоком высокоскоростных твердых частиц железа.In FIG. Figure 5 shows the arrangement of experimental samples on a holder table during impact resistance tests by spraying a stream of high-speed solid particles of iron.

На фиг. 6 приведено электронно-микроскопическое изображение микрочастиц порошка железа.In FIG. 6 shows an electron microscopic image of microparticles of iron powder.

На фиг. 7 приведено электронно-микроскопическое изображение кратеров, образовавшихся при воздействии потока частиц железа при указанных выше условиях испытания, на поверхности исходного образца стекла KB без покрытия при увеличении 50х.In FIG. Figure 7 shows an electron microscopic image of craters formed upon exposure to a stream of iron particles under the above test conditions on the surface of the original KB glass without coating at a magnification of 50 x .

На фиг. 8 приведено электронно-микроскопическое изображение кратеров, образовавшихся при воздействии потока частиц железа при указанных условиях испытания, на поверхности образца стекла KB с предлагаемым защитным покрытием на основе Ni/Si-Al-N, полученным по примеру 1, при увеличении 50х.In FIG. Figure 8 shows an electron microscopic image of craters formed under the influence of a stream of iron particles under the indicated test conditions on the surface of a KB glass sample with the proposed Ni / Si-Al-N protective coating obtained in Example 1 at a magnification of 50 x .

В таблице 1 приведен химический состав слоев в покрытиях.Table 1 shows the chemical composition of the layers in the coatings.

В таблице 2 приведены средние значения коэффициента пропускания видимого света st, микроотвердости Hm, коэффициента упругого восстановления kу, адгезии Fa, поверхностной плотности кратеров ρs.Table 2 shows the average values of the transmittance of visible light s t , microhardness H m , coefficient of elastic recovery k у , adhesion F a , and surface density of craters ρ s .

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами.The invention is further illustrated by specific examples.

Пример 1. В качестве подложек использовались пластины кварцевого стекла марки KB в виде дисков диаметром от 15 до 80 мм и толщиной 4 мм, на которые с одной стороны наносилось двухслойное защитное покрытие на вакуумной установке УВН-05МИ. Перед нанесением покрытия выполнялась бомбардировка рабочей поверхности стеклянной подложки импульсно-периодическим пучком ионов никеля с энергией 80 кэВ, длительностью и частотой импульсов ионного тока соответственно 250 мкс и 50 Гц и флюенсом 5×1016 см-2 в едином вакуумном цикле с осаждением покрытия. Нижний металлический слой толщиной 35 нм (фиг. 1а), состоящий из никеля, чистотой 99,99 вес.%, осаждался в атмосфере аргона с помощью магнетрона, запитанного от униполярного импульсного источника питания с частотой 50 кГц. Осаждение верхнего аморфно-нанокристаллического слоя на основе системы химических элементов Si-Al-N толщиной от 8 до 10 мкм (фиг. 1а) со средним размером зерен фаз нитрида алюминия от 4 до 10 нм, относительно равномерно распределенных в аморфной матрице нитрида кремния, и атомными концентрациями кремния и алюминия соответственно от 9,5 до 10,0 ат.% и от 39 до 40 ат.%, проводили методом магнетронного реактивного распыления составной мишени из кремния и алюминия в атмосфере аргона и азота, при общем давлении рабочей газовой смеси (аргон + азот) 0,3 Па и соотношении парциальных давлений азота к аргону 1:4. Электропитание магнетрона осуществлялось от импульсного биполярного источника с частотой 60 кГц. В таблице 1 приведены данные химического состава полученного покрытия.Example 1. As substrates we used KB quartz glass plates in the form of disks with a diameter of 15 to 80 mm and a thickness of 4 mm, on which a two-layer protective coating was applied on one side on a UVN-05MI vacuum unit. Before coating, the working surface of the glass substrate was bombarded with a pulsed-periodic beam of nickel ions with an energy of 80 keV, a duration and frequency of ion current pulses of 250 μs and 50 Hz, respectively, and a fluence of 5 × 10 16 cm -2 in a single vacuum cycle with deposition of the coating. The lower metal layer with a thickness of 35 nm (Fig. 1a), consisting of nickel, with a purity of 99.99 wt.%, Was deposited in an argon atmosphere using a magnetron powered from a unipolar switching power supply with a frequency of 50 kHz. The deposition of the upper amorphous nanocrystalline layer based on a system of chemical elements Si-Al-N with a thickness of 8 to 10 μm (Fig. 1a) with an average grain size of phases of aluminum nitride from 4 to 10 nm, relatively uniformly distributed in the amorphous matrix of silicon nitride, and atomic concentrations of silicon and aluminum, respectively from 9.5 to 10.0 at.% and from 39 to 40 at.%, were carried out by magnetron reactive sputtering of a composite target of silicon and aluminum in an atmosphere of argon and nitrogen, at a total pressure of the working gas mixture ( argon + nitrogen) 0.3 Pa and shenii partial pressures of nitrogen to argon of 1: 4. The magnetron was powered from a pulsed bipolar source with a frequency of 60 kHz. Table 1 shows the chemical composition of the resulting coating.

Пример 2. В качестве подложек использовались такие же пластины стекла, как в примере 1. С одной стороны, на них наносилось двухслойное защитное покрытие на вакуумной установке УВН-05МИ. Перед нанесением покрытия выполнялась бомбардировка рабочей поверхности стеклянной подложки импульсно-периодическим пучком ионов никеля с энергией 40 кэВ, длительностью и частотой импульсов ионного тока соответственно 250 мкс и 50 Гц и флюенсом 1×1017 см-2 в едином вакуумном цикле с осаждением покрытия. Нижний металлический слой толщиной 30 нм (фиг. 1а), состоящий из никеля, чистотой 99,99 вес.%, осаждался в атмосфере аргона с помощью магнетрона, запитанного от униполярного импульсного источника питания с частотой 50 кГц. Осаждение верхнего аморфного слоя на основе Si-Al-N толщиной от 5 до 7 мкм (фиг. 1а), состоящего из нитрида кремния-алюминия с атомными концентрациями кремния и алюминия соответственно от 32,4 до 33,0 ат.% и от 10,8 до 11 ат.%, проводили методом магнетронного реактивного распыления составной мишени из кремния и алюминия в атмосфере аргона и азота, при общем давлении рабочей газовой смеси (аргон + азот) 0,3 Па и соотношении парциальных давлений азота к аргону 1:4. Электропитание магнетрона осуществлялось от импульсного биполярного источника с частотой 50 кГц. В таблице 1 приведены данные химического состава полученного покрытия.Example 2. As substrates, the same glass plates were used as in example 1. On the one hand, they were coated with a two-layer protective coating on a UVN-05MI vacuum unit. Before coating, the working surface of the glass substrate was bombarded with a pulse-periodic beam of nickel ions with an energy of 40 keV, a duration and frequency of ion current pulses of 250 μs and 50 Hz, respectively, and a fluence of 1 × 10 17 cm -2 in a single vacuum cycle with deposition of the coating. The lower metal layer 30 nm thick (Fig. 1a), consisting of nickel, with a purity of 99.99 wt.%, Was deposited in an argon atmosphere using a magnetron powered from a unipolar switching power supply with a frequency of 50 kHz. The deposition of the upper amorphous layer based on Si-Al-N with a thickness of 5 to 7 μm (Fig. 1a), consisting of silicon-aluminum nitride with atomic concentrations of silicon and aluminum, respectively, from 32.4 to 33.0 at.% And 10 , 8 to 11 at.%, Was carried out by the method of magnetron reactive sputtering of a composite target of silicon and aluminum in an atmosphere of argon and nitrogen, with a total pressure of the working gas mixture (argon + nitrogen) of 0.3 Pa and a ratio of partial pressures of nitrogen to argon 1: 4 . The magnetron was powered from a pulsed bipolar source with a frequency of 50 kHz. Table 1 shows the chemical composition of the resulting coating.

Пример 3. В качестве подложек использовались такие же пластины стекла, как в примере 1. С одной стороны, на них наносилось двухслойное защитное покрытие на вакуумной установке УВН-05МИ. Перед нанесением верхнего слоя покрытия выполнялись бомбардировка рабочей поверхности стеклянной подложки импульсно-периодическим пучком ионов никеля и нанесение нижнего слоя никеля по тем же режимам, что в примере 2. Осаждение верхнего нанокристаллического слоя на основе Si-Al-N толщиной от 5 до 7 мкм со средним размером зерен фаз нитрида кремния и нитрида алюминия от 12 до 18 нм, содержащего концентрации кремния и алюминия соответственно от 14,5 до 15,0 ат.% и от 32 до 32,5 ат.%, проводили методом магнетронного реактивного распыления составной мишени из кремния и алюминия в атмосфере аргона и азота, при общем давлении рабочей газовой смеси (аргон + азот) 0,3 Па и соотношении парциальных давлений азота к аргону 1:3. Электропитание магнетрона осуществлялось от импульсного биполярного источника с частотой 70 кГц. В таблице 1 приведены данные химического состава полученного покрытия.Example 3. As substrates, the same glass plates were used as in example 1. On the one hand, they were coated with a two-layer protective coating on a UVN-05MI vacuum unit. Before applying the upper coating layer, the working surface of the glass substrate was bombarded with a pulsed-periodic beam of nickel ions and the lower nickel layer was deposited in the same modes as in Example 2. The deposition of the upper nanocrystalline layer based on Si-Al-N with a thickness of 5 to 7 μm with the average grain size of the phases of silicon nitride and aluminum nitride from 12 to 18 nm, containing concentrations of silicon and aluminum, respectively from 14.5 to 15.0 at.% and from 32 to 32.5 at.%, was carried out by the method of magnetron reactive sputtering of a composite target silicon and aluminum in an atmosphere of argon and nitrogen, with a total pressure of the working gas mixture (argon + nitrogen) of 0.3 Pa and a ratio of partial pressures of nitrogen to argon 1: 3. The magnetron was powered from a pulsed bipolar source with a frequency of 70 kHz. Table 1 shows the chemical composition of the resulting coating.

Микроструктуру слоев покрытий (фиг. 1 и 2) выявляли методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) высокого разрешения на приборе JEOM-2100. Режимы микродифракции (фиг. 1б, фиг. 2б, фиг. 3а) и микрорентгеноспектрального анализа в приборе JEOM-2100 использовали для определения фазового и химического состава отдельных структурных составляющих и тонких слоев в покрытии (табл. 1). Размеры зерен фаз, составляющих покрытие, определяли с помощью темнопольных изображений, полученных методом ПЭМ. Эти исследования выполняли на фольгах, приготовленных из образцов методом "cross-section" на приборе ионного утонения ION SLISER EM-09100IS. Фазовый состав покрытий также определяли методом рентгеновской дифрактометрии при съемке образцов под скользящим углом 2 градуса к рентгеновскому лучу на приборе ДРОН-7 в Со-Кα излучении (для отсечения β-излучения использовали Fe-фильтр) (фиг. 4).The microstructure of the coating layers (Fig. 1 and 2) was detected by high resolution transmission electron microscopy (TEM) on a JEOM-2100 instrument. The modes of microdiffraction (Fig. 1b, Fig. 2b, Fig. 3a) and X-ray microanalysis in the JEOM-2100 instrument were used to determine the phase and chemical composition of individual structural components and thin layers in the coating (Table 1). The grain sizes of the phases making up the coating were determined using dark-field TEM images. These studies were performed on foils prepared from samples using the cross-section method on an ion thinning apparatus ION SLISER EM-09100IS. The phase composition of the coatings was also determined by the method of X-ray diffractometry when taking samples at a sliding angle of 2 degrees to the X-ray beam on a DRON-7 device in Co-K α radiation (a Fe filter was used to cut off β radiation) (Fig. 4).

На фиг. 1, 2 и 3 видно, что нижний металлический слой в двухслойных покрытиях, осажденных по примерам 1, 2 и 3, является нанокристаллическим и монофазным. Он состоит из нанозерен Ni со средним поперечным размером от 22 до 32 нм (фиг. 3а). Верхний слой покрытия Si-Al-N имеет двухфазную наноструктуру, состоящую из нанокристаллитов AlN со средним поперечным размером 6 нм, равномерно распределенных в аморфной матрице Si3N4 (фиг. 1a и 4а). В покрытии, полученном по примеру 2, верхний слой на основе Si-Al-N находится в аморфном состоянии (фиг. 2а, 2б и 4б). В покрытии, полученном по примеру 3, верхний слой на основе Si-Al-N имеет также двухфазную наноструктуру, но состоит из смеси нанокристаллитов AlN и Si3N4 со средним поперечным размером от 12 до 18 нм (фиг. 4в).In FIG. 1, 2 and 3 it is seen that the lower metal layer in the two-layer coatings deposited according to examples 1, 2 and 3 is nanocrystalline and monophasic. It consists of Ni nanograins with an average transverse size of 22 to 32 nm (Fig. 3a). The top layer of the Si-Al-N coating has a two-phase nanostructure consisting of AlN nanocrystallites with an average transverse size of 6 nm uniformly distributed in the amorphous Si 3 N 4 matrix (Figs. 1a and 4a). In the coating obtained according to example 2, the upper layer based on Si-Al-N is in an amorphous state (Fig. 2A, 2B and 4B). In the coating obtained in Example 3, the Si-Al-N-based top layer also has a two-phase nanostructure, but consists of a mixture of AlN and Si 3 N 4 nanocrystallites with an average transverse size of 12 to 18 nm (Fig. 4c).

Измеренные с помощью спектрофотометра UVIKON 943, Kontron Instruments коэффициенты пропускания света в видимой области спектра длин волн стеклами с покрытиями, осажденными по примерам 1, 2 и 3, находятся в пределах от 0,80 до 0,89 и близки к его величине для стекла без покрытия (табл. 2).The light transmission coefficients measured with a UVIKON 943 spectrophotometer, Kontron Instruments, in the visible wavelength spectrum of glasses with coatings deposited in Examples 1, 2 and 3 are in the range from 0.80 to 0.89 and are close to its value for glass without coatings (table. 2).

Адгезию Fa, микротвердость Hm и коэффициент упругого восстановления kу покрытий, нанесенных на подложки из кварцевого стекла, определяли, используя акустоэмиссионный скрэтч-тестер Revetest-RST и нанотвердомер NanoHardnessTester CSM Instruments. Эти данные приведены в таблице 2. Все стекла с покрытиями характеризуются высокими значениями Fa, Hm и kу, при этом более высокие значения наблюдаются в покрытиях, осажденных по примеру 1 и 3. Испытания стеклянных образцов на ударную стойкость при обстреливании высокоскоростными твердыми микрочастицами проводили с помощью легкогазовой пушки. Для проведения испытаний использовался предметный стол, который помещался в вакуумную камеру в определенное положение относительно ствола легкогазовой пушки. Этот стол предусматривал одновременное размещение четырех исходных стекол и четырех стекол с покрытием в фиксированных гнездах относительно ствола легкогазовой пушки (фиг. 5). Обстрел экспериментальных образцов выполнялся микрочастицами отклассифицированного порошка железа со средним размером 56,3±8,2 мкм, с формой частиц, близкой к сферической (фиг. 6). Общая масса порции порошка для каждого выстрела была постоянной 60,0±0,1 мг, при этом их скорости метания составляли 4-5 км/с.The adhesion F a , the microhardness H m and the coefficient of elastic recovery k for coatings deposited on quartz glass substrates were determined using a Revetest-RST acoustic emission scratch tester and NanoHardnessTester CSM Instruments. These data are shown in table 2. All coated glasses are characterized by high values of F a , H m and k y , with higher values observed in the coatings deposited in Example 1 and 3. Impact resistance tests of glass samples when fired with high-speed solid microparticles carried out using a light gas gun. For testing, an object table was used, which was placed in a vacuum chamber in a certain position relative to the barrel of a light-gas gun. This table provided for the simultaneous placement of four source glasses and four coated glasses in fixed sockets relative to the barrel of a light-gas gun (Fig. 5). The experimental samples were fired with microparticles of a classified iron powder with an average size of 56.3 ± 8.2 μm, with a particle shape close to spherical (Fig. 6). The total mass of a portion of powder for each shot was constant 60.0 ± 0.1 mg, while their throwing speeds were 4-5 km / s.

После обстрела микрочастицами железа стекол с покрытием и без покрытия на их поверхности образуются кратеры с диаметром, большим, чем диаметр микрочастиц. На фиг. 7 и фиг. 8 приведены изображения поверхности стекол после обстрела, полученные методом растровой электронной микроскопии на приборе LEO EVO-50XVP. Видно, что на стеклах с покрытием поверхностная плотность образующихся кратеров ρs при одних и тех же условиях испытания существенно ниже (фиг. 8), чем на стеклах без покрытия (фиг. 7). Подсчет количества образовавшихся кратеров за один выстрел на общей площади испытанных стекол показывает, что значения ρs равны 1,08×106 м-2 на стеклах без покрытия, 0,39×106 м-2 на стеклах с покрытием, осажденным по примеру 1, 0,70×106 м-2 на стеклах с покрытием, осажденным по примеру 2, и 0,42×106 м-2 на стеклах с покрытием, осажденным по примеру 3 (табл. 2). Таким образом, нанесение двухслойных защитных покрытий, осажденных по примеру 1, 2 и 3, понижает поверхностную плотность кратеров, образующихся на поверхности кварцевого стекла при обстреле потоком микрочастиц Fe, движущимися со скоростями 4-5 км/с, в 1,5-2,8 раза.After shelling with iron microparticles of glasses with and without coating, craters with a diameter larger than the diameter of the microparticles are formed on their surface. In FIG. 7 and FIG. Figure 8 shows the images of the glass surface after firing, obtained by scanning electron microscopy on a LEO EVO-50XVP instrument. It can be seen that, on coated glasses, the surface density of the formed craters ρ s under the same test conditions is significantly lower (Fig. 8) than on uncoated glasses (Fig. 7). Counting the number of craters formed in one shot on the total area of the tested glasses shows that ρ s is equal to 1.08 × 10 6 m -2 on uncoated glasses, 0.39 × 10 6 m -2 on coated glasses, deposited according to the example 1, 0.70 × 10 6 m -2 on glass with a coating deposited in Example 2, and 0.42 × 10 6 m -2 on glass with a coating deposited in Example 3 (Table 2). Thus, the application of two-layer protective coatings deposited according to examples 1, 2 and 3, reduces the surface density of craters formed on the surface of quartz glass when fired by a stream of Fe microparticles moving at speeds of 4-5 km / s, by 1.5-2, 8 times.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (11)

1. Стекло с оптически прозрачным защитным покрытием для иллюминаторов и оптических элементов космических аппаратов, содержащее подложку из оптически прозрачного стекла и нанесенное на подложку упомянутое покрытие, отличающееся тем, что покрытие состоит из двух слоев, при этом нижний слой выполнен нанокристаллическим металлическим толщиной от 20 до 40 нм, а верхний керамический слой - из нитрида алюминия и нитрида кремния толщиной от 5 до 15 мкм с нанокристаллической, или аморфно-нанокристаллической, или аморфной структурой.1. Glass with an optically transparent protective coating for portholes and optical elements of spacecraft, containing a substrate of optically transparent glass and deposited on the substrate mentioned coating, characterized in that the coating consists of two layers, the bottom layer is made of nanocrystalline metal thickness from 20 to 40 nm, and the upper ceramic layer is made of aluminum nitride and silicon nitride with a thickness of 5 to 15 μm with a nanocrystalline, or amorphous-nanocrystalline, or amorphous structure. 2. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что нижний слой состоит из металла, выбранного из группы, включающей никель, палладий, платину или их сплавы, или сплавы на их основе.2. Glass according to claim 1, characterized in that the lower layer consists of a metal selected from the group comprising nickel, palladium, platinum or their alloys, or alloys based on them. 3. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что верхний керамический слой из нитрида алюминия и нитрида кремния содержит кремния от 8 до 12 ат.% и алюминия от 36 до 40 ат.% и состоит из нанозерен фазы нитрида алюминия со средним поперечным размером менее 10 нм, которые относительно равномерно распределены в аморфной матрице нитрида кремния.3. The glass according to claim 1, characterized in that the upper ceramic layer of aluminum nitride and silicon nitride contains silicon from 8 to 12 at.% And aluminum from 36 to 40 at.% And consists of nanograins of the phase of aluminum nitride with an average transverse size less than 10 nm, which are relatively evenly distributed in the amorphous matrix of silicon nitride. 4. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что верхний керамический слой из нитрида алюминия и нитрида кремния содержит кремния от 12 до 20 ат.% и алюминия от 26 до 36 ат.% и состоит из смеси нанозеренных фаз нитрида алюминия и нитрида кремния со средним поперечным размером от 10 до 40 нм.4. The glass according to claim 1, characterized in that the upper ceramic layer of aluminum nitride and silicon nitride contains silicon from 12 to 20 at.% And aluminum from 26 to 36 at.% And consists of a mixture of nanograin phases of aluminum nitride and silicon nitride with an average transverse size of 10 to 40 nm. 5. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что верхний керамический слой из нитрида алюминия и нитрида кремния содержит кремния от 31 до 34 ат.% и алюминия от 10 до 14 ат.% и состоит из смеси этих фаз в аморфном состоянии.5. The glass according to claim 1, characterized in that the upper ceramic layer of aluminum nitride and silicon nitride contains silicon from 31 to 34 at.% And aluminum from 10 to 14 at.% And consists of a mixture of these phases in an amorphous state. 6. Способ изготовления стекла с оптически прозрачным защитным покрытием по одному из пп. 1-5, характеризующийся тем, что на подложку из прозрачного стекла в вакууме в три этапа наносят оптически прозрачное двухслойное защитное покрытие, при этом на первом этапе подложку из стекла размещают в вакуумной камере и проводят бомбардировку ее поверхности импульсно-периодическим высокоэнергетическим пучком ионов того же металла, из которого состоит нижний слой покрытия, с обеспечением адгезии слоя покрытия и поверхностной проводимости подложки, на втором этапе выполняют осаждение нижнего нанокристаллического металлического слоя толщиной 20-40 нм методом импульсного униполярного магнетронного распыления металлической мишени, а на третьем этапе наносят верхний керамический слой на основе нитридов кремния и алюминия толщиной от 5 до 15 мкм с нанокристаллической, или аморфно-нанокристаллической, или аморфной структурой методом импульсного биполярного магнетронного распыления составной кремниево-алюминиевой мишени.6. A method of manufacturing glass with an optically transparent protective coating according to one of claims. 1-5, characterized in that an optically transparent two-layer protective coating is applied in three stages to a transparent glass substrate in vacuum, while at the first stage the glass substrate is placed in a vacuum chamber and its surface is bombarded with a pulse-periodic high-energy ion beam of the same metal, which consists of the lower coating layer, ensuring adhesion of the coating layer and surface conductivity of the substrate, at the second stage, the deposition of the lower nanocrystalline metal layer 20–40 nm thick by the method of pulsed unipolar magnetron sputtering of a metal target, and in the third stage, an upper ceramic layer is applied based on silicon and aluminum nitrides from 5 to 15 μm thick with a nanocrystalline, or amorphous-nanocrystalline, or amorphous structure by the method of pulsed bipolar magnetron sputtering silicon-aluminum target. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что бомбардировку стеклянной подложки импульсно-периодическим пучком ионов металла перед нанесением нижнего металлического слоя осуществляют энергией бомбардирующих ионов от 40 до 80 кэВ, с длительностью и частотой импульсов ионного тока соответственно 250 мкс и 50 Гц и флюенсом от 2×1016 до 2×1017 см-2.7. The method according to p. 6, characterized in that the glass substrate is bombarded with a pulsed-periodic metal ion beam before applying the lower metal layer with bombarding ion energies of 40 to 80 keV, with a duration and frequency of ion current pulses of 250 μs and 50 Hz, respectively fluence from 2 × 10 16 to 2 × 10 17 cm -2 . 8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что осуществляют формирование нанокристаллической структуры нижнего слоя покрытия со средним размером зерна от 20 до 40 нм на режимах униполярного импульсного магнетронного распыления однокомпонентной металлической мишени с частотой следования импульсов тока на магнетроне от 40 до 60 кГц в атмосфере инертного газа аргона при давлении в вакуумной камере от 0,2 до 0,4 Па.8. The method according to p. 6, characterized in that the formation of the nanocrystalline structure of the lower coating layer with an average grain size of from 20 to 40 nm in unipolar pulsed magnetron sputtering of a single-component metal target with a pulse repetition rate of current pulses on a magnetron from 40 to 60 kHz an argon inert gas atmosphere at a pressure in the vacuum chamber of 0.2 to 0.4 Pa. 9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что формирование верхнего керамического слоя покрытия выполняют на режимах биполярного импульсного магнетронного распыления с частотой следования импульсов тока на магнетроне от 50 до 100 кГц при общем давлении рабочей газовой смеси аргона и азота в пределах от 0,2 до 0,4 Па и соотношении парциальных давлений азота к аргону от 1:5 до 1:3.9. The method according to p. 6, characterized in that the formation of the upper ceramic coating layer is performed in bipolar pulsed magnetron sputtering modes with a pulse repetition rate of current pulses on a magnetron from 50 to 100 kHz with a total pressure of a working gas mixture of argon and nitrogen ranging from 0, 2 to 0.4 Pa and the ratio of partial pressures of nitrogen to argon from 1: 5 to 1: 3. 10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что процесс формирования верхнего керамического слоя покрытия выполняют при температуре подложки от 280 до 320°С или от 100 до 200°С.10. The method according to p. 6, characterized in that the process of forming the upper ceramic coating layer is performed at a substrate temperature of from 280 to 320 ° C or from 100 to 200 ° C. 11. Способ по п. 6, отличающийся тем, что формирование верхнего керамического слоя покрытия выполняют в условиях приложения к металлическому предметному столу, на котором располагают стеклянную подложку, постоянного отрицательного потенциала смещения в пределах от -50 до -150 В и заземления стенок вакуумной камеры.11. The method according to p. 6, characterized in that the formation of the upper ceramic coating layer is performed under application to a metal object table on which the glass substrate is placed, a constant negative bias potential ranging from -50 to -150 V and grounding the walls of the vacuum chamber .
RU2015123046A 2015-06-17 2015-06-17 Glass with optically transparent protective coating and method of its production RU2608858C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015123046A RU2608858C2 (en) 2015-06-17 2015-06-17 Glass with optically transparent protective coating and method of its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015123046A RU2608858C2 (en) 2015-06-17 2015-06-17 Glass with optically transparent protective coating and method of its production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015123046A RU2015123046A (en) 2017-01-10
RU2608858C2 true RU2608858C2 (en) 2017-01-25

Family

ID=57955630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015123046A RU2608858C2 (en) 2015-06-17 2015-06-17 Glass with optically transparent protective coating and method of its production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2608858C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2680548C1 (en) * 2017-11-28 2019-02-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Method for obtaining a transparent wear-resistant coating based on aluminum-magnesium boride on the surface of transparent glass products
RU2756268C2 (en) * 2017-04-28 2021-09-28 Сэн-Гобэн Гласс Франс Colored glass and method for its production
RU2765966C1 (en) * 2021-11-29 2022-02-07 Дмитрий Юрьевич Старцев Method of aluminum application on glass articles
RU2784453C1 (en) * 2022-04-07 2022-11-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") METHOD FOR OBTAINING A FILM OF PERMALLOY NITRIDE FeXNi1-XN

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114836708B (en) * 2022-05-31 2023-11-17 中国科学院金属研究所 Anti-impact corrosion-resistant amorphous alloy coating with double-layer structure and preparation method thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2019197A1 (en) * 1989-06-19 1990-12-19 Marion M. Jeskey Coated glass article
DE19541014A1 (en) * 1995-11-03 1997-05-07 Leybold Ag Coating used on glass panes to protect e.g. paintings
RU2127231C1 (en) * 1993-04-29 1999-03-10 Сэн-Гобэн Витраж Vitrification and its production process
EP1705162A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-27 EMPA Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Coated substrate and process for the manufacture of a coated substrate
RU2287433C2 (en) * 2002-04-25 2006-11-20 Ппг Индастриз Огайо, Инк. Transparent article with protecting coating
US20090197077A1 (en) * 2006-03-06 2009-08-06 Saint-Gobain Glass France Substrate comprising a stack having thermal properties
RU2436744C2 (en) * 2005-07-29 2011-12-20 Сэн-Гобэн Гласс Франс Glasing having block of thin layers acting on solar radiation
CN103173727A (en) * 2011-12-22 2013-06-26 辽宁法库陶瓷工程技术研究中心 Preparation method of high-heat-conduction aluminum nitride thick film

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2019197A1 (en) * 1989-06-19 1990-12-19 Marion M. Jeskey Coated glass article
RU2127231C1 (en) * 1993-04-29 1999-03-10 Сэн-Гобэн Витраж Vitrification and its production process
DE19541014A1 (en) * 1995-11-03 1997-05-07 Leybold Ag Coating used on glass panes to protect e.g. paintings
RU2287433C2 (en) * 2002-04-25 2006-11-20 Ппг Индастриз Огайо, Инк. Transparent article with protecting coating
EP1705162A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-27 EMPA Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Coated substrate and process for the manufacture of a coated substrate
RU2436744C2 (en) * 2005-07-29 2011-12-20 Сэн-Гобэн Гласс Франс Glasing having block of thin layers acting on solar radiation
US20090197077A1 (en) * 2006-03-06 2009-08-06 Saint-Gobain Glass France Substrate comprising a stack having thermal properties
CN103173727A (en) * 2011-12-22 2013-06-26 辽宁法库陶瓷工程技术研究中心 Preparation method of high-heat-conduction aluminum nitride thick film

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756268C2 (en) * 2017-04-28 2021-09-28 Сэн-Гобэн Гласс Франс Colored glass and method for its production
RU2680548C1 (en) * 2017-11-28 2019-02-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" Method for obtaining a transparent wear-resistant coating based on aluminum-magnesium boride on the surface of transparent glass products
RU2765966C1 (en) * 2021-11-29 2022-02-07 Дмитрий Юрьевич Старцев Method of aluminum application on glass articles
RU2784453C1 (en) * 2022-04-07 2022-11-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") METHOD FOR OBTAINING A FILM OF PERMALLOY NITRIDE FeXNi1-XN

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015123046A (en) 2017-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2608858C2 (en) Glass with optically transparent protective coating and method of its production
Lin et al. Effect of negative substrate bias on the structure and properties of Ta coatings deposited using modulated pulse power magnetron sputtering
US6134972A (en) Air data sensing probe with chromium surface treatment
Barshilia et al. Reactive sputtering of hard nitride coatings using asymmetric-bipolar pulsed DC generator
Wu et al. Effects of magnetic field strength and deposition pressure on the properties of TiN films produced by high power pulsed magnetron sputtering (HPPMS)
Polyakov et al. Microstructure-driven strengthening of TiB2 coatings deposited by pulsed magnetron sputtering
US10577686B2 (en) Corrosion resistant and low embrittlement aluminum alloy coatings on steel by magnetron sputtering
CN102534514A (en) Method for plating films of multi-arc ion plating
CN105392911B (en) TixSi1-xN layers and its manufacture
US5637199A (en) Sputtering shields and method of manufacture
Oskomov et al. Hard carbon coatings deposited by pulsed high current magnetron sputtering
Krysina et al. SSYNTHESIS OF NANOSTRUCTURED NITRIDE COATINGS BY VACUUM ARC EVAPORATION OF SINTERED Ti− Al CATHODES
Sergeev et al. Magnetron deposition of metal-ceramic protective coatings on glasses of windows of space vehicles
Houpu et al. Improvement of plasma uniformity and mechanical properties of Cr films deposited on the inner surface of a tube by an auxiliary anode near the tube tail
Kovaleva et al. Properties of coatings based on carbon and nitrogen-doped carbon obtained using a pulsed vacuum arc method
JP6569900B2 (en) Sputtering apparatus and film forming method
US20240209493A1 (en) Method for deposition of dense chromium on a substrate
Wang et al. DLC film fabrication on the inner surface of a cylinder by carbon ion implantation
RU2485210C2 (en) Method for hybrid obtaining of wear-resistant coating on cutting tool
Yonekura et al. Fatigue properties of nitride Cr-Mo steel with CrN thin film deposited by AIP method
SARGENTINI Cathodic arc deposition PVD coating: process and production parameters analysis affecting coating layer thickness
Zhilkashinova et al. Features of structural-phase states of Co-Cr-Al-Y composite coatings after heat treatment
Peck Phase formation and mechanical properties of AlMgB14 thin films
RU2574542C1 (en) Production of reinforcing sandwiched coatings
Sezemský Deposition of functional thin films by plasma processes