Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебное пособие 700447.doc
Скачиваний:
16
Добавлен:
01.05.2022
Размер:
7.72 Mб
Скачать

6.5. Ионная имплантация

Атомы, лишенные всех или части электронов и обладающие, поэтому, положительным электрическим зарядом, называют ионами. Тяжелыми принято называть все ионы, массы которых больше, чем масса ядра гелия. Практически к тяжелым относятся ионы всех элементов, кроме водорода. Поскольку ионы обладают электрическим зарядом, их с помощью электромагнитных полей можно разгонять до очень больших энергий, фокусировать и управлять направлением их полета.

Тяжелые ионы, имея большую массу и электрический заряд, проходя сквозь вещество, сильно изменяют свойства кристаллической решетки. Часть составляющих ее атомов оказывается смещенной или выбитой, а рядом с ними из потерявших свою кинетическую энергию и остановившихся ионов образуются новые атомы. Вбивание, внедрение или имплантация ионов позволяет изменить химический состав бомбардируемого вещества по заранее заданной программе.

По сравнению с другими известными методами легирования, имплантация ионов представляет собой весьма универсальный метод [31]. Таким путем можно вводить атомы любого элемента в любой заданный материал. Имплантацию ионов можно проводить в условиях сравнительно невысоких температур. Процессов имплантации ионов допускает полную автоматизацию и хорошую воспроизводимость свойств, создаваемых в поверхностном слое металлов и сплавов, что делает возможным его промышленное применение.

Ионы внедряются в поверхностный слой обрабатываемой детали, в результате чего в поверхностном слое образуется новый сплав между имплантируемыми элементами и элементами основы без образования резкой границы раздела, характерной для других методов покрытия. Глубина слоя, в котором распределены атомы имплантируемого элемента, и состав образующегося сплава зависят от энергии имплантируемых ионов, а также от атомарных номеров имплантируемого элемента и основы. Обычно глубина этого слоя составляет примерно 0,1 мкм.

Ионная имплантация – это не метод нанесения покрытия; атомы исходного материала всегда составляют основу слоя, подвергнутого имплантации. При этом методе ионные частицы имплантируются в поверхность без наращивания какого-либо дополнительного слоя, что наблюдается при электроосаждении, гальваническом процессе. Ионная имплантация отличается также и от диффузионных процессов, таких, как науглероживание и азотирование, которое тоже с введением инородных частиц в поверхностные слоим, но определяются диффузионным механизмом или пределами растворимости примесей внедрения.

Ионная имплантация представляет также интерес благодаря ее способности повышать износостойкость, коррозионную стойкость, усталостную прочность и долговечность высокопрочных материалов.

Метод ионной имплантации обладает следующими преимуществами:

- он не лимитируется диффузионно-зависимыми процессами, так что химические характеристики поверхности могут быть изменены до любой заданной степени при использовании любых химических веществ;

- прочностные и вязкостные свойства в объеме материала могут сохраняться на заданном уровне при одновременной оптимизации химического состава и микроструктуры поверхности без образования резкой границы между зоной поверхностной имплантации и основным материалом;

- расход дефицитных легирующих материалов в случае поверхностного легирования посредством ионной имплантации может быть сведен к минимуму.

Ионная имплантация позволяет подавать химическую несовместимость компонентов и получать сплавы, обладающие наряду с высокой прочностью усталостной долговечностью, повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью.