Соударение частиц с поверхностью основы. Виды удара и стадии его развития, страница 6

На рис. 6 представлены фотографии, характеризующие различные ситуации, связанные с развитием краев частиц, а также их распадом - диспергированием материала.

Рис. 6. Частицы с развитыми краями, диспергирование материала

а - частица Аl₂О₃, основа - кварц, ПНА; б - частица Аl₂О₃, основа - монокристаллический Si, ПНА; в - частица YВа₂Cu₃О_x, основа - кварц, ПНА; г - частица Сu, основа - кварц, ПНРКА; а - г - ×225

На рис. 6, а показана частица Аl₂O₃, для которой произошло нарушение устойчивого течения материала в радиальном направлении и вследствие этого разрыв ее краев. На рис. 6.-4.13, б представлен интересный случай, показывающий, как наличие микронеоднородностей на поверхности основы приводит к нарушению стабильности радиального течения материала, его разрыву и диспергированию. В приведенном случае (напыление Аl₂O₃ на монокристаллический кремний) микронеоднородностью поверхности, вызвавшей разрыв и диспергирование материала, выступила ямка травления дислокации, вышедшей на поверхность еще до напыления.

Близкая ситуация наблюдается для частицы YВа₂Cu₃О_x. Здесь в качестве неоднородности выступает микропора на поверхности основы (рис. 6, в). Наконец на рис. 6, г показана частица меди с рваными развитыми краями и утраченным центром. В данном случае образование такой частицы было вызвано перегревом материала и его существенным ускорением, так как представленная частица находилась вблизи оси плазмотрона, подавалась в канал сопла-анода, а напыление проводилось сверхзвуковой струей плазмы в разреженной атмосфере.

Сечения частиц 2-5, 12, 13 (см. рис. 3) приведены на рис. 4, г, д, е соответственно. Подчеркнута их большая степень деформации по сравнению с дисками вида 1 (рис. 3, рис. 4, а, б), а также наличие открытых воронкообразных пор, являющихся следствием интенсивного газо-паровыделения. Отметим, что для заметно перегретых капель явления частичного или полного диспергирования наступают при меньших скоростях соударения с основой, чем для капель с температурами, близкими к температуре плавления.

Вследствие взаимодействия расплавленного материала с газами в потоке могут образовываться капли, имеющие полости (пузыри, тип II, сечение А-А на рис. 3). При соударении таких капель с основой появляются частицы 7-11 (рис. 3), имеющие сечения, соответствующие показанным на рис. 4, ж, з, и. Во многих случаях рядом с пузырем, имеющим сфероподобную форму, или непосредственно в его оболочке образуются трещины. Сам пузырь частично или полностью может быть разрушен. Поэтому для частиц 8, 9, 11 центральная часть оказывается незаполненной материалом. Появление частиц вида 7-11 сопровождается, как правило, образованием сравнительно крупных пор в плазменно-напыленном материале.

В случае преобладания полых частиц в потоке становится возможным формирование напыленного материала с высоким уровнем пористости. На рис. 7 показаны частицы, имевшие пузырь газа, заключенный в расплаве.

Рис. 7. Сфероподобные частицы с газовым пузырем внутри: а - частица, закрепившаяся на основе, ×750; б - частица, уловленная из потока и закаленная в воду, ×750

Как отмечалось выше, в потоке могут присутствовать частицы дисперсной фазы, находящиеся в сложном агрегатном состоянии, которые также принимают участие в формировании напыляемого материала. На рис. 3 показана частица 15, которая только оплавлена с поверхности, но не имеет сплошной жидкой оболочки (сечение Б-Б). Такая частица может закрепляться на основе за счет имеющейся жидкой фазы (см. рис. 2), образуя зернистые включения - твердые ядра в слое (рис. 4, к, л, м). При выкрашивании ядра (частица 27 на рис. 3) образуются крупные поры.