Слоистые композиционные гидрированные пленки из циркония и ниобия: способ получения и контроль методом термоэдс (термоэлектрический метод)

Abstract

Для получения слоистых материалов с включением водорода использованы пленки Nb/Zr с различным количеством слоев от 50 до 100. Пленки напыляли на подложку из кремния вакуумно-магнетронным способом на специализированной установке. Толщину пленок варьировали от 10 до 50 нм. Полученный материал гидрировали протонами на электростатическом генераторе ТПУ с энергией до 1,2 МэВ. Определены режимы нанесения наноразмерных металлических многослойных систем Zr/Nb: для Zr-мишени удельная мощность распылительной системы равна 37,9 Вт/см2, для Nb-мишени - 26,4 Вт/см2. Получено покрытие с четкими границами между индивидуальными слоями циркония и ниобия. Показано, что оптимальными режимами для исследования наноразмерных слоев Zr/Nb является давление 700 Па, мощность 40 Вт, частота 2 кГц, коэффициент заполнения плазмы 12,5 % для покрытий с толщиной индивидуальных слоев 100 нм. Для покрытий с толщиной слоев от 10 до 50 нм - давление 650 Па, мощность 40 Вт, частота 1 кГц. Для контроля свойств применяется метод термоэдс (термоэлектрический метод) (ГОСТ 25315-82). Выявлено, что после протонного облучения происходит интенсивное накопление атомов водорода вблизи интерфейсов, снижает дефектность структуры и влечет изменение термоэдс вплоть до инверсии ее знака. Распределение водорода имеет преимущественно бимодальный характер, локальные максимумы концентрации водорода наблюдаются на границах раздела Nb/Zr, а на границе раздела Zr/Nb накопление значительно ниже. Локализация водорода вблизи интерфейсов происходит преимущественно в окрестности циркония

In this work, to obtain layered materials with the inclusion of hydrogen, Nb/Zr films with different numbers of layers from 50 to 100 were used. The films were sputtered onto a silicon substrate using the vacuum-magnetron method in a specialized installation. The film thickness was varied from 10 to 50 nm. The resulting material was hydrogenated with protons on a TPU electrostatic generator with an energy of up to 1,2 MeV. The optimal modes for deposition of nano-sized metal multilayer Zr/Nb systems have been determined: for a Zr target, the specific power of the sputtering system is 37,9 W/ cm2, for a Nb target - 26,4 W/cm2. A coating with clear boundaries between the individual layers of zirconium and niobium was obtained. It is shown that the optimal modes for studying nano-sized Zr/Nb layers are pressure 700 Pa, power 40 W, frequency 2 kHz, plasma fill factor 12,5 % for coatings with a thickness of individual layers of 100 nm. For coatings with individual layer thicknesses from 10 to 50 nm, the optimal pressure is 650 Pa, power 40 W, frequency 1 kHz. To control properties, the thermopower method is used. It was revealed that after proton irradiation there is an intensive accumulation of hydrogen atoms near the interfaces, which entails a change in the thermopower up to an inversion of its sign. The hydrogen distribution is predominantly bimodal, with local maxima in hydrogen concentration observed at the Nb/Zr interface, and the accumulation at the Zr/Nb interface is significantly lower. Hydrogen localization near the interfaces occurs predominantly in the vicinity of zirconium