РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СИНТЕЗА ПРИ ОСАЖДЕНИИ ФАЗ ТРОЙНОЙ СИСТЕМЫ W-C-B ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

Полигенько А.В.⁽¹⁾, Осипов К.М.^(1,2), Рубан Е.А.⁽²⁾,
Шапоренков А.А.⁽²⁾, Душик В.В.^(1,2)

⁽¹⁾ Университет науки и технологий «МИСИС»

119049, г. Москва, Ленинский проспект д. 4, стр. 1

⁽²⁾ Институт физической химии и электрохимии РАН

119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 31, корп. 4

Соединения тройной системы W–C–B (вольфрам – углерод – бор) представляют интерес благодаря комбинации высокой твердости, окислительной стойкости при повышенных температурах, а также – устойчивости к коррозии в кислотных средах. Такой набор характеристик позволяет отнести этот материал к перспективным для прикладного применения в машиностроительной, металлургической и авиакосмической отраслях промышленности. Одной из ключевых задач, стоящих перед исследователями данного материала, является изучение и масштабирование методов получения защитных и функциональных покрытий на основе соединений данной системы.

Ранее, авторами данного доклада были реализованы эксперименты по низкотемпературному (500-550°C) синтезу соединений системы W-C-B методом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ). В качестве источника вольфрама использовался гексафторид вольфрама (WF₆), источником бора и углерода был триметиламин-боран ((CH₃)₃N:BH₃), в качестве восстановителя WF₆ использовался водород. На основе экспериментальных данных была построена модель, описывающая массоперенос, температурный градиент и протекание гетерогенных реакций в приповерхностном слое, на границе раздела газовой фазы и твердой подложки. Модель показала, что осаждение вольфрама на подложу ограничено кинетикой реакции восстановления WF₆ водородом, а осаждение бора и карбидов, напротив, ограниченно диффузией (CH₃)₃N:BH₃ в реакционной зоне. Смешанный, диффузионно-кинетический контроль процесса и наблюдаемая зависимость изменения фазового состава осажденных слоев от объема подачи прекурсоров, обусловили необходимость решения задачи оптимизации и уточнения оптимальных параметров синтеза заданных фаз системы W-C-B.

По итогам оптимизационного анализа были подобраны соотношения расходов прекурсоров, позволяющие селективно получать фазы боридов, карбидов вольфрама или их смеси.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и образования РФ (соглашение № 125012200581-1)