Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 538.9 Doi: 10.31772/2712-8970-2021-22-2-383-390
Прогнозирование образования конкурирующих фаз при росте тонких плёнок Cr2GaC НА MgO(111)
Назарова З. И., Назаров А. Н.
Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 38. Сибирский федеральный университет; Российская Федерация, 660041, Красноярский край, г. Красноярск, просп. Свободный, 79.
MAX-фазы представляют собой семейство тройных слоистых соединений с формальной стехиометрией Mn+1AXn (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 низко-энергетического 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 вы-годных 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).
Ключевые слова: МАХ материалы, тонкие пленки, конкурирующие фазы, энтальпия образования, хром, галий, углерод.
References

1.  Сметкин А. А., Майорова Ю. К. Свойства материалов на основе МАХ-фаз (обзор) // Вестник Пермского нац. исслед. политехн. ун-та. Машиностроение, материаловедение. 2015. № 17(4). С. 120–138.

2.  Pretorius R., Theron C. C., Vantomme, A., Mayer J. W. Compound phase formation in thin film structures // Critical reviews in solid state and materials sciences. 1999. No. 24(1), P. 1–62.

3.  Tarasov I. A., Visotin M. A., Kuznetzova T. V. et. al. Selective synthesis of higher manganese silicides: a new Mn17Si30 phase, its electronic, transport, and optical properties in comparison with Mn4Si7 // J. Mater Sci. 2018. No. 53. P. 7571–7594. doi: 10.1007/s10853-018-2105-y

4.  Visotin M. A., Tarasov I. A., Fedorov A. S. et al. Prediction of orientation relationships and interface structures between α-, β-, γ-FeSi2 and Si phases // Acta Crystallogr Sect B Struct Sci Cryst Eng Mater. 2020. No. 76: P. 469–482. doi: 10.1107/S2052520620005727

5.  Barsoum M. W., Radovic M. Elastic and mechanical properties of the MAX phases // Annual review of materials research. 2011. Vol. 41. P. 195–227.

6.  Sun Z. M. Progress in research and development on MAX phases: a family of layered ternary compounds // International Materials Reviews. 2011. Vol. 56. No. 3. P. 143–166.

7.  Radovic M., Barsoum M. W. MAX phases: bridging the gap between metals and ceramics // American Ceramics Society Bulletin. 2013. Vol. 92, No. 3. P. 20–27.

8.  Sokol M. et al. On the chemical diversity of the MAX phases // Trends in Chemistry. 2019. Vol. 1, No. 2. P. 210–223.

9.  Barsoum M. W. MAX phases: properties of machinable ternary carbides and nitrides. John Wiley & Sons, 2013.

10.   Dahlqvist M., Alling B., Rosén J. Stability trends of M A X phases from first principles // Physical Review B. 2010. Vol. 81, No. 22. P. 220102.

11.   Hu C. et al. Nb4AlC3: A new compound belonging to the MAX phases // Scripta Materialia. 2007. Vol. 57, No. 10. P. 893–896.

12.   Tallman D. J. et al. Effect of neutron irradiation on select MAX phases // Acta Materialia. 2015. Vol. 85. P. 132–143.

13.   Ingason A. S., Dahlqvist M., Rosén J. Magnetic MAX phases from theory and experiments; a review // Journal of Physics: Condensed Matter. 2016. Vol. 28, No. 43. P. 433003.

14.   Медведева Н. И., Еняшин А. Н., Ивановский А. Л. Моделирование электронного строения, химической связи и свойств тройного силикокарбида Ti3SiC2 // Журнал структурной химии. 2011. № 52(4). С. 806.

15.    Phase stability of Crn+ 1GaCn MAX phases from first principles and Cr2GaC thin‐film synthesis using magnetron sputtering from elemental targets / A. Petruhins, A. S. Ingason, M. Dahlqvist et al. // Physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters. 2013. No. 7(11). P. 971–974.


Назаров Александр Николаевич – студент; Сибирский федеральный университет; лаборант; Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН. E-mail: jercompany@gmail.com.

Назарова Зоя Игоревна – студент; Сибирский федеральный университет; лаборант; Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН. E-mail: zoyavishni@gmail.com.


  Прогнозирование образования конкурирующих фаз при росте тонких плёнок Cr2GaC НА MgO(111)