ШИХТА ДЛЯ КОМПОЗИЦИОННОГО КАТОДА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C22C1/04 B22F3/14 H01J1/146 C23C14/00 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения композиционных катодов (мишеней) для ионно-плазменного напыления многокомпонентных наноструктурных покрытий. Изобретение может быть использовано в химической, станкоинструментальной промышленности, машиностроении, металлургии для получения наноструктурных покрытий методом ионно-плазменного напыления.

Ионно-плазменные покрытия, наносимые магнетронным или вакуумно-дуговым распылением катодов (мишеней), находят широкое применение в технике и промышленности. В зависимости от элементного состава и требуемых эксплуатационных характеристик они применяются в качестве износостойких покрытий на инструмент и ответственные детали, а также функциональных покрытий со специальными свойствами (сверхпроводимость, магнитные свойства, эмиссия электронов и т.д.). Общая тенденция последних лет состоит в усложнении элементного состава покрытий, содержащих три и более компонентов. Для получения многокомпонентных покрытий часто используют метод совмещенных пучков, который заключается в одновременном распылении нескольких катодов различного элементного состава. Для реализации метода совмещенных пучков требуется существенное усложнение оборудования, а генерируемая из нескольких источников плазма имеет сильную пространственную неоднородность элементного состава. Эта неоднородность состава плазмы приводит к нестабильности элементного состава и, как следствие, свойств по толщине осаждаемого покрытия.

Для устранения этого недостатка применяют композиционные (многокомпонентные) катоды (мишени), имеющие необходимый элементный состав. Известны несколько различных способов изготовления композиционных катодов.

Простейшим методом генерации многокомпонентной плазмы из одного источника является распыление составного (мозаичного) катода, состоящего из однокомпонентных частей макроскопических размеров. Предлагаются различные варианты конструкций мозаичных катодов [1-3]. В частности, в патенте US 4842706 [1] в качестве составной мишени предлагается катод, состоящий из соединенных вместе нескольких блоков-сегментов из различных элементов. Патент РФ №2210620 [2] предлагает мозаичную мишень, которая состоит из плоской матрицы, закрепленной на охлаждаемом основании, и размещенных на матрице вставок из напыляемых разнородных материалов, расположенных в зоне эрозии мишени равномерно вдоль проекций силовых линий магнитного поля, заглубленных и/или выступающих относительно поверхности других элементов мишени в пределах от 0,01 до 0,1 мм. При этом параметры распыления должны учитывать зону эрозии. В патенте РФ №2261496 [3] предлагается мозаичная мишень, которая состоит из стальной матрицы с охлаждаемым основанием, в углублениях которой размещены элементы для распыления. В качестве элементов матрицы использованы порошки с гранулометрическим составом, зависящим от свойств элементов. Элементы размещены в матрице в виде ячеек с образованием зон плавного перехода друг в друга на границах их соприкосновения.

Основным конструктивным недостатком мозаичных мишеней является макроскопический размер структурных элементов с различным элементным составом. В условиях вакуумно-дугового или магнетронного распыления скорости распыления структурных элементов с различным элементным составом сильно различаются и зависят от технологических режимов распыления, что приводит к неоднородной эрозии в контактной зоне составных элементов. Поэтому обеспечить требуемый элементный состав плазмы и осаждаемого покрытия очень трудно при использовании мозаичных катодов. Для того чтобы элементный состав генерируемой плазмы совпадал с элементным составом распыляемого катода необходимо, чтобы размер структурных элементов композиционного катода был порядка размеров катодных пятен вакуумной дуги (около 100 мкм) [4]. Такую дисперсную структуру многокомпонентного композиционного катода можно обеспечить применением порошковых технологий (самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), горячее прессование, спекание).

Известен способ изготовления изделий из композиционных материалов (пат. РФ №2017846) [5], преимущественно мишеней для ионно-плазменного напыления тонкопленочных резисторов. Способ основан на использовании теплового эффекта химической реакции (СВС) и заключается в инициировании реакции горения в экзотермической смеси, последующем горячем деформировании, выдержке под давлением продуктов горения и их охлаждении. В качестве экзотермической смеси используют смесь состава, мас.%: алюминий 15,0-33,8; оксид титана 13,4-30,1; оксид бора 11,6-28,1; диборид титана 60,0-10,0, причем дисперсность порошка оксида бора не превышает 500 мкм, диборида титана - менее 20 мкм, а удельные поверхности порошков оксида титана и алюминия соответственно равны, м²/г: 0,7-5,8 и 0,7-0,3.

Недостатком известного способа является то, что он может быть реализован в ограниченном концентрационном интервале компонентов мишеней, поскольку инициирование и прохождение реакции горения возможно только при составах порошковых смесей с достаточной термичностью. Во многих случаях диапазон составов, оптимальных с точки зрения требуемых свойств покрытий, полученных распылением катодов, не совпадает с диапазоном составов, при которых может быть реализован метод, основанный на экзотермических реакциях в порошковых смесях. При этом процесс является термически трудно контролируемым, сопровождается интенсивным газовыделением и порообразованием, для предотвращения которого необходимо дополнительное использование горячего прессования, что усложняет технологический процесс производства катодов. Кроме того, из-за быстрого охлаждения после завершения реакции синтеза материал мишени отличается высоким уровнем внутренних напряжений, под действием которых часто происходит самопроизвольное разрушение мишеней.

Технология свободного спекания спрессованных порошковых смесей применяется на составах с малой термичностью и на системах, спекание которых не сопровождается сильным объемным ростом.

Известен способ получения пористых металлических катодов (SU 1619727) [6]. Из порошка вольфрама со средним размером зерна 3,5-7,0 мкм готовят шихту определенного фракционного состава, прессуют пористые катоды, спекают и пропитывают веществом, испускающим электроны. Недостатком указанного изобретения является то, что данный способ не позволяет получать мишени для ионно-плазменного напыления наноструктурных нитридных покрытий.

Порошковые смеси на основе алюминия, содержащие добавки переходных металлов (титан, хром, железо), спекаются только в ограниченном интервале содержания добавок [7-11].

Известен материал катода для сильноточного ионного ускорителя (пат. РФ №2110107) [12]. Материал предназначен для изготовления катода сильноточного ионного ускорителя. Материал, получаемый спеканием, содержит, мас.%: алюминий 17,0-20,0; кремний 2,0-4,0; бор 16,0-19,0; графит 27,0-31,0; титан - остальное. Катод из этого материала позволяет снизить порог плазмообразования и повысить ток в импульсе, но в условиях ионно-плазменного напыления не обеспечивает получение функциональных покрытий с необходимой твердостью и стойкостью к окислению при нагреве на воздухе.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий титан (SU 1422693) [13]). Сплав получается спеканием смесей порошков алюминия и титана при содержании последнего от 12,5 до 20,0 ат.%. Недостатком способа спекания смесей порошков алюминия и титана является то, что интервал содержания титана в порошковых смесях, при спекании которых получается материал приемлемой пористости, ограничен 20,0 ат.%. Однако, согласно многочисленным литературным данным, для получения ионно-плазменных покрытий с высокой твердостью и стойкостью к окислению необходимо использовать катоды на основе алюминия с содержанием не менее 33,0 ат.% титана [14-16]. Причиной сильного объемного роста, приводящего к повышенной пористости, при спекании порошковых смесей на основе алюминия с содержанием титана более 20 ат.% является избыточное содержание жидкой фазы, которая появляется при нагреве выше температуры плавления алюминия (660°С) [8-11].

Задачей предлагаемого изобретения является разработка шихты для композиционного катода и способа его изготовления.

Полученные из предлагаемой шихты предлагаемым способом композиционные катоды имеют достаточно однородную структуру с мелкодисперсной пористостью, сохраняют свою исходную форму, не требуют дальнейшей термо- и механической обработки и пригодны для использования в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Предлагаемое изобретение позволит избежать недостатков мозаичных (составных) катодов, связанных с неоднородностью распыления структурных элементов макроскопических размеров, а также избежать недостатков, указанных выше катодов, полученных методом СВС с одновременным приложением давления [5].

Указанный технический результат достигается тем, что шихта для композиционного катода, содержащая порошок титана, дополнительно содержит порошок интерметаллида TiAl₃, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

TiAl₃ 20,0-60,0; титан остальное,

при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм.

Шихта может дополнительно содержать порошок кремния, предпочтительно в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков TiAl₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%.

Указанный технический результат достигается также тем, что композиционный катод изготавливают способом, включающим приготовление порошковой шихты, прессование из нее заготовок катода необходимой формы и размеров, последующее их спекание в вакууме, при этом для приготовления шихты используют порошки титана, интерметаллида TiAl₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

TiAl₃ 20,0-60,0; титан остальное,

при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм.

В способе шихта может дополнительно содержать порошок кремния, предпочтительно в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков TiAl₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%.

В способе прессование заготовок катода осуществляют до пористости 25-35%.

В способе нагрев вакуумной печи до температуры спекания заготовок катода осуществляют со скоростью 3-4 град/мин.

В способе вакуумное спекание заготовок катода осуществляют в диапазоне температур 1200-1400°C с изотермической выдержкой 2-4 часа.

Данное изобретение основано на изготовлении композиционного катода на основе титана путем спекания порошковой шихты предлагаемого фазового состава, при котором отсутствует или сведено к минимуму тепловыделение, приводящее к объемному росту спекаемых прессовок-заготовок катода. С этой целью порошок чистого алюминия в порошковой шихте на основе титана заменен на порошок интерметаллического соединения TiAl₃, имеющий температуру плавления 1330°С. Также композиционный катод может быть изготовлен из порошковой шихты Ti-TiAl₃, дополнительно содержащей кремний, присутствие которого в ионно-плазменных покрытиях повышает их твердость и стойкость к окислению [17-19].

Предлагаемый способ изготовления композиционного катода систем Ti-Al и Ti-Al-Si включает: а) приготовление порошковой шихты с использованием указанных ингредиентов и концентрационных соотношений; б) компактирование (прессование) из шихты заготовок катода пористостью 25-35%, которые соответствуют по своим формам и размерам мишеням, используемым в стандартных установках ионно-плазменного напыления; в) нагрев заготовок катода в вакуумной печи со скоростью, не превышающей 3-4 град/мин, до температуры 1200-1400°С с выдержкой при этой температуре в течение 2-4 часов. Эти режимы спекания обеспечивают процесс сплавообразования в выбранной порошковой шихте с приближением фазового состава к равновесному. В качестве исходной шихты берут двухкомпонентную смесь из порошков Ti и интерметаллида TiAl₃ или трехкомпонентную смесь из порошков Ti, TiAl₃ и Si. Предпочтительное содержание интерметаллида TiAl₃ в двухкомпонентной порошковой шихте составляет 20,0-60,0 мас.%, что соответствует содержанию алюминия 12,0-36,0 мас.%. При приготовлении трехкомпонентной порошковой шихты предпочтительное содержание кремния составляет 5,0-10,0 мас.%. Дисперсность исходных порошков ингредиентов выбраны в пределах 50-125 мкм.

Качественный состав предложенного композиционного катода обусловлен возрастающими потребностями техники и промышленности к функциональным и упрочняющим, преимущественно наноструктурным, покрытиям.

Для получения катодов Ti-Al и Ti-Al-Si в отношении качественного и количественного состава свободное спекание, используемое в традиционной порошковой металлургии, в настоящий момент не применяется. Об этом свидетельствует проведенный авторами анализ технических решений в этой области техники.

Предпочтительное содержание в порошковой шихте с титаном дополнительного ингредиента интерметаллида TiAl₃ авторы ограничивают значением 20-60,0 мас.%. Этот количественный выбор обусловлен тем, что меньшее чем 20,0 мас.% содержание указанного ингредиента в исходной порошковой шихте не позволяет с помощью спеченного катода (мишени) получить необходимый элементный состав и структуру покрытий, обеспечивающие оптимальные функциональные свойства покрытий.

При содержании в исходной порошковой шихте указанного ингредиента больше чем 60,0 мас.% происходит значительное увеличение пористости катодных заготовок в результате спекания, что снижает их теплопроводность и приводит к перегреву катодов при работе [20].

Этот состав катода интересен тем, что при его использовании в качестве мишени можно получать наноструктурное покрытие, обладающее повышенной твердостью и низким уровнем остаточных напряжений по сравнению с покрытиями на основе TiN [21].

Предпочтительное содержание TiAl₃ и Ti в катоде позволяет осаждать на обрабатываемую поверхность именно то соотношение ионов Al и Ti, которое обуславливает преимущественное формирование наноразмерных кристаллитов в покрытиях на основе TiN и AlN. При этом выбранное содержание TiAl₃ и Ti позволяет минимизировать долю капельной фракции при испарении мишени.

В известных источниках технической информации отсутствуют сведения о получении методом порошковой металлургии композиционных катодов, содержащих TiAl₃ и титан. Для формирования наноструктурных покрытий на основе нитрида титана методом ионно-плазменного распыления в основном используются сложные составные или мозаичные катоды из чистых металлов, в том числе Ti и А1, или катоды, полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [1-3, 5-6]. В большинстве случаев использование мозаичных катодов при нанесении покрытий сопровождалось заметной эрозией в местах контактов распыляемых элементов, а при распылении катодов возникает много капель, состоящих преимущественно из алюминия, имеющего низкую температуру плавления. При этом неконтролируемое соотношение содержания в плазме ионов Ti и Al делало проблематичным получение стабильного элементного состава покрытий с нанокристаллической структурой. Используемые конструкции мозаичных и составных катодов требуют дополнительных энергозатрат при их изготовлении, при этом не гарантируется однородность структуры и свойств осаждаемых покрытий.

Использование в порошковой шихте порошкового интерметаллидного соединения TiAl₃ вместо порошка алюминия позволяет уменьшить объемное содержание пор в спеченном катодном материале на основе Ti-Al (см. таблицу).

Технология порошковой металлургии, с помощью которой предлагается изготавливать композиционные катоды вышеуказанного состава, позволяет оптимизировать состав катода (мишени), обеспечивая при ее распылении нанокристаллическую структуру и необходимые физико-механические свойства покрытий.

Для получения более сложного композиционного катода порошковая шихта на основе Ti и TiAl₃ может дополнительно содержать кремний, предпочтительно в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков ТiА1₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%

Покрытия, полученные при использовании катода этого состава, можно применять в таких областях техники, как металлообработка, станкостроение, машиностроение, химическое производство и т.д. Комбинированные покрытия, содержащие кремний, обладают рядом уникальных физико-механических и химических свойств, таких как твердость, сравнимая с твердостью алмаза, коррозионная стойкость, термостойкость и др., что обуславливает их востребованность в современном производстве.

Целесообразность использования предпочтительного соотношения ингредиентов TiAl₃-Si-Ti в катодах обусловлена результатами многочисленных исследований ионно-плазменных покрытий, осаждаемых при распылении катодов (мишеней), содержащих кремний. Из научно-технической литературы [16-19, 21-24] известно, что оптимальное, с точки зрения эксплуатационных свойств покрытий, содержание кремния в катоде находится в интервале 5-10 мас.%. Однако известные порошковые катоды, полученные СВС-методом, содержат кремния в несколько раз больше [22]. Предпочтительное количественное соотношение TiAl₃-Si-Ti, заявляемое авторами, позволяет осуществлять при спекании процесс сплавообразования в условиях отсутствия СВС экзотермической реакции взаимодействия компонентов и, таким образом, исключить сопутствующее газовыделение, неконтролируемый объемный рост и необходимость последующего горячего уплотнения продуктов реакции. При этом минимальное и максимальное содержание кремния определяется его влиянием на формирование покрытия с нанокристаллической структурой и оптимальными эксплуатационными свойствами [23, 24].

Выбор дисперсности порошков Ti, TiAl₃ и Si в пределах 50-125 мкм обусловлен тем, что при указанной дисперсности достигается максимальное однородное смешивание ингредиентов. Использование как более крупных, так и более мелких порошков приводит к их сегрегации при смешивании и как результат - к расслоению при прессовании заготовок катодов (мишеней). Кроме того, использование более мелкой фракции затрудняет процесс прессования, а при использовании более крупной фракции возникает необходимость увеличения в несколько раз длительности выдержки при спекании, чтобы уменьшить остаточную пористость. Выбор указанного интервала дисперсности обеспечивает значительное уплотнение заготовок катодов (мишеней) как при прессовании, так и спекании.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Готовят порошковую шихту из исходных порошков указанных ингредиентов в заявленных соотношениях. Из приготовленной порошковой шихты в пресс-форме формуют заготовку катода необходимой конфигурации и размеров, используемых в ионно-плазменном оборудовании. Давление прессования выбирается таким образом, чтобы обеспечивать пористость сырых заготовок-прессовок катода в диапазоне 25-35%. Такая пористость необходима для обеспечения достаточной суммарной поверхности контактов между разнородными частицами порошков и свободного выхода газовой фазы из межчастичных пор.

Спекание полученных заготовок катода в диапазоне температур от 1200 до 1400°С осуществляют в вакуумной печи при остаточном давлении не выше 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 3-4 град/мин, выдержка при температуре спекания - 2-4 часа.

Выбранные значения температуры спекания 1200-1400°С определялись, исходя из особенностей диаграмм состояния систем Ti-Al и Ti-Si. При этом оптимальная температура спекания определяется для каждого состава из условий формирования однородной по фазовому составу и пористости структуры.

Учитывая специфику выбранных систем с титаном, а именно их достаточно высокую экзотермичность, определена оптимальная скорость нагрева до температуры изотермической выдержки, соответствующая 3-4 град/мин. При такой скорости нагрева происходит отвод тепла, выделяющегося при взаимодействии разнородных компонентов, и исключается саморазогрев заготовок катода. Выдержка 2-4 часа при температуре спекания обеспечивает завершение реакции сплавообразования в заготовках данных составах. Кроме того, она оказалась достаточной для максимальной гомогенизации порошкового материала катода в процессе спекания.

Полученные таким способом композиционные катоды имеют достаточно однородную структуру с мелкодисперсной пористостью, сохраняют свою исходную форму, не требуют дальнейшей термо- и механической обработки и пригодны для использования в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий.

Примеры конкретного выполнения изобретения

Пример 1.

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃. Для этого 40 мас.% порошка TiAl₃ дисперсности 80 мкм смешивают с 60 мас.% титана дисперсности 125 мкм. Из приготовленной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования 30 кН/см² позволяет получить пористость сырой заготовки катода 25%. Спекание осуществляют при температуре 1250°C в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 4 град/мин, выдержка при температуре спекания - 4 часа.

Пример 2.

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃-Si. Для этого 5 мас.% кремния дисперсностью 50 мкм смешивают с 95 мас.% двухфазной смеси Ti-TiAl₃ дисперсностью 50 мкм. Из приготовленной трехфазной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования составляло 35 кН/см². Пористость сырой заготовки катода составляет 30%. Спекание осуществляют при температуре от 1200°С в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 3,5 град/мин, выдержка при температуре спекания - 2 часа.

Пример 3.

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃-Si.

Для этого 10 мас.% Si дисперсностью 60 мкм смешивают с 90 мас.% двухфазной смеси Ti-TiAl₃ дисперсностью 100 мкм. Из приготовленной трехфазной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования составляет 35 кН/см². Пористость сырой заготовки катода составляет 25%. Спекание осуществляют при температуре от 1350°С в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 3 град/мин, выдержка при температуре спекания - 3 часа.

Пример 4.

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃. Для этого 60 мас.% TiAl₃ дисперсностью 120 мкм смешивают с 40 мас.% Ti дисперсностью 80 мкм. Из приготовленной трехфазной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования составляет 35 кН/см². Пористость сырой заготовки катода составляет 35%. Спекание осуществляют при температуре от 1300°С в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 4 град/мин, выдержка при температуре спекания - 3 часа.

Пример 5.

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃. Для этого 20 мас.% порошка TiAl₃ дисперсности 100 мкм смешивают с 80 мас.% титана дисперсности 125 мкм. Из приготовленной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования 30 кН/см² позволяет получить пористость сырой заготовки катода 25%. Спекание осуществляют при температуре 1400°С в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 4 град/мин, выдержка при температуре спекания - 4 часа.

Таблица Шихта для композиционного катода и способ его изготовления   Al, мас.% Пористость, % [8] Предлагаемый 1 30,0 33,0 25,0 2 40,0 42,0 30,5 3 50,0 55,0 37,0

Источники информации

1. Патент РФ №2210620, С23С 14/35, H01J 23/05, опубл. 20.08.2003.

2. Патент US 4842706, С23С 15/00, опубл. 27.07.1989 г.

3. Патент РФ №2261496, H01J 23/00, С23С 14/06, С23С 14/34, опубл. 27.09.2005.

4. А.Андреев, Л.П.Саблев, В.М.Шулаев, С.Н.Григорьев. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия. Под ред. И.М.Неклюдова, В.М.Шулаева. Харьков, 2005, 240 с.

5. Патент РФ №2017846, С22С 1/04, B22F 3/14, опубл. 1994.08.15.

6. А.С. SU 1619727, С22С 1/08, опубл. 20.12.1995.

7. Савицкий А.П., Русин Н.М. Спеченный алюминиевый сплав с низким линейным коэффициентом термического расширения. Сб. трудов "Новые конструкционные материалы и покрытия" / Изд-во ТФ СО АН СССР, Томск. - 1988. - C.11-15.

8. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами. // Новосибирск, Наука, - 1991. - 184 с.

9. G.N.Romanov, P.P.Tarasov, P.K.D'yachkovskiy, A.P.Savitskii, L.S.Martsunova. // Liquid-Phase Sintering of Al with Addition of Ti, Science of Sintering, Vol.38, No.1, Jan. - Apr., 2006, p.55-62.

10. Романов Г.Н,, Тарасов П.П., Дьячковский П.К., Савицкий А.П., Марцунова Л.С. Дилатометрические исследования жидкофазного спекания системы Al-Ti. // Известия Томского политехнического университета. Том 309, №1, 2006, с.114-119.

11. Romanov G.N., Tarasov P.P., D'yachkovskiy P.K., Savitskii A.P. and Martsunova L.S. // "Liquid-phase Reactive Sintering of Al-Ti System", EURO PM 2005 Congress and Exhibition in Prague, Proceedings, Vol.1, p.9-15.

12. Патент РФ 2110107, H01J 1/146, H05H 5/02, C23C 14/00, опубл. 1998.04.27.

13. А.С.SU 1422693, B22F 3/12, С22С 1/08, опубл. 08.05.1988.

14. Min Zhou, Y.Makino, М.Nose, K.Nogi. Phase transition and properties of Ti-Al-N thin films prepared by r.f.-plasma magnetron sputtering. Thin Solid Films 339 (1999) 203-208.

15. P.Holubar, М.Jilek, М.Sima Present and possible future application of superhard nanocomposite coating. Surface and Coating Technology 133-134 (2000), 145-151.

16. О.И.Наконечная. Влияние кремния на микроструктуру и механические свойства твердых пленок TiAlSiN. Физика металлов и металловедение, 2004, том 98, №2, с.65-73.

17. Vennemann, H.-R.Stock, J.Kohlscheen, S.Rambadt, G.Erkens. Oxidation resistance of titanium-aluminium-silicon nitride coatings. Surface and Coatings Technology. Vol.174-175 (2003), pp 408-415.

18. D.Rafaja, A.Poklad, V.Klemm, G.Schreiber, D.Heger, M.Sima. Microstructure and hardness of nanocrystalline Ti_1-x-yAl_xSi_yN thin films. Materials Science and Engineering A 462 (2007) 279-282.

19. M.Parlinska-Wojtan, A.Karimi, O.Coddet, T.Cselle, M.Morstein. Characterization of thermally treated TiAlSiN coating by ТЕМ and nanoindentation. Surface and Coating Technology 188-189 (2004) 344-350.

20. Прибытков Г.А., Андреева И.А., Коржова В.В. Объемные изменения и формирование структуры при твердофазном спекании порошковых смесей Ti-TiAl₃. // Порошковая металлургия, 2008, 11/12, с.79-86.

21. Goncharenko I.M., Ivanov Yu.F., Lobach M.I., Krysina O.V., Pribytkov G.A., Andreeva LA., Korjova V.V. Nanostructured Nitride Coatings Produced By Vacuum Arc Evaporation of Sintered Ti-Al Cathodes. Proceedings of 9th International conference on modification of materials with particle beam and plasma flows. // Tomsk, 2008, pp.430-433.

22. Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Штанский Д.В., Шевейко А.Н., Левашов Е.А., Лясоцкий И.В., Дьяконова Н.Б. Структура и свойства Ti-Si-N покрытий, полученных магнетронным распылением СВС-мишеней. // Физика металлов и металловедение, т.97, №3, с.96-103.

23. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф., Гончаренко И.М., Крысина О.В., Колубаева Ю.А., Кошкин К.А. Структура и свойства нанокристаллических покрытий Ti-Si-N, синтезированных в вакууме электродуговым методом. // Известия ВУЗов. Физика, 2007, №2, с.46-51.

24. Иванов Ю.Ф., Крысина О.В., Колубаева Ю.А., Кошкин К.А., Гуммер З.И. Синтез нитридных покрытий в плазме дуговых разрядов низкого давления при распылении порошковых катодов. // В сб. Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов. - Под общей редакцией И.М.Неклюдова, В.М.Шулаева. - Том 2, с.31-35 (Сборник докладов 9-й Международного научно-технического конгресса термистов и металловедов). - Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2008. - 336 с.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных катодов для ионно-плазменного напыления многокомпонентных наноструктурных покрытий. Может использоваться в химической, станкоинструментальной промышленности, машиностроении и металлургии. Шихта для композиционного катода содержит, мас.%: ТiАl₃ 20,0-60,0; титан остальное, при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм. Из шихты получают композиционные катоды путем прессования заготовок необходимой формы и размеров и последующего спекания в вакууме. Полученные катоды имеют однородную структуру с мелкодисперсной пористостью, сохраняют свою исходную форму, не требуют дальнейшей термо- и механической обработки и пригодны для использования в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

1. Шихта для композиционного катода, содержащая порошок титана, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошок интерметаллида ТiАl₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ТiАl₃ 20,0 -60,0 титан остальное,

при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм.

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что она может дополнительно содержать порошок кремния, предпочтительно, в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков ТiАl₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%.

3. Способ изготовления композиционного катода, включающий приготовление порошковой шихты, прессование из нее заготовок катода необходимой формы и размеров, последующее их спекание в вакууме, отличающийся тем, что для приготовления шихты используют порошки титана, интерметаллида ТiАl₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
TiAl₃ 20,0-60,0 титан остальное,

при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что шихта дополнительно может содержать порошок кремния, предпочтительно, в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков ТiАl₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что прессование заготовок катода осуществляют до пористости 25-35%.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что нагрев вакуумной печи до температуры спекания заготовок катода осуществляют со скоростью 3-4 град/мин.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что вакуумное спекание заготовок катода осуществляют в диапазоне температур 1200-1400°С с изотермической выдержкой 2-4 ч.