Structural state scale-dependent physical characteristics and endurance of cermet composite for cutting metal

A structural-phase state developed on the surface of a TiC/Ni-Cr-Al cermet alloy under superfast heating and cooling produced by pulse electron beam melting has been presented. The effect of the surface's structural state multimodality on the temperature dependencies of thefriction and endurance of the cermet tool in cutting metal has been investigated. The high-energy flux treatment of subsurface layers by electron beam pulses in argon-containing gas discharge plasma serves to improve the endurance of metal cutting tools manifold (by a factor of 6), to reduce the friction via precipitation of secondary 200 nm carbides in binder interlayers. It is possible to improve the cermet tool endurance for cutting metal by a factor of 10-12 by irradiating the cermet in a reactive nitrogen-containing atmosphere with the ensuingprecipitation of nanosize 50 nm AlN particles in the binder interlayers

Фото- и электролюминесценция структур оксид-нитрид-оксид-кремний для применения в кремниевой оптоэлектронике

Oxide-nitride-oxide-silicon (SiO2/SiN0.9/SiO2/Si) structures have been fabricated by chemical vapor deposition. The elemental composition and light emission properties of “SiO2/SiN0.9/SiO2/Si” structures have been studied using Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), photo- and electroluminescence (Pl, El). The RBS measurements has shown the presence of an intermediate silicon oxynitride layers at the SiO2–SiN0.9 interfaces.It has been shown that the photoluminescence of the SiO2/SiN0.9/SiO2/Si structure is due to the emission of a SiN0.9 layer, and the electroluminescence is attributed to the emission of silicon oxide and oxynitride layers. A broad intense band with a maximum at 1.9 eV dominates the Pl spectrum. This band attributed to the radiative recombination of excited carriers between the band tail states of the SiN0.9 layer. The origin of the less intense Pl band at 2.8 eV is associated with the presence  of nitrogen defects in the silicon nitride.El was excited in the electrolyte-dielectric-semiconductor system. The electric field strength in the SiO2 layers reached 7–8 MV/cm and exceeded this parameter in nitride layer nearly four times. The electrons accelerating in electric field of 7–8 MV/cm could heat up to energies more than 5 eV. It is sufficient for the excitation of luminescence centres in the silicon oxide and oxynitride layers. The SiO2/SiN0.9/SiO2/Si composition El bands with quantum energies of 1.9 and 2.3 eV are related to the presence of silanol groups (Si–OH) and three-coordinated silicon atoms (≡Si•) in the silicon oxide layers. The El band with an energy of 2.7 eV is attributed to the radiative relaxation of silylene (O2=Si:) centers in the silicon oxynitride regions. It is observed the least reduction of this band intensity under the influence of strong electric fields after a charge flow  of 1–3 C/cm2.Структуры SiO2/SiN0,9/SiO2/Si с суммарной толщиной диэлектрических слоев 140 нм изготовлены методом химического осаждения из газовой фазы. Элементный состав и излучательные свойства полученных структур исследовались методами резерфордовского обратного рассеяния (POP), фото- и электролюминесценции (ФЛ, ЭЛ). Методом POP установлено наличие областей оксинитрида кремния на границах нитридного и оксидных слоев.Показано, что фотолюминесценция образца обусловлена свечением обогащенного кремнием слоя SiN0,9, тогда как электролюминесценция – свечением слоев оксида и оксинитрида кремния. Возбуждаемая He–Cd лазером (Eвозб = 3,82 эВ) фотолюминесценция структуры характеризуется широкой интенсивной полосой с максимумом при 1,9 эВ, связанной с излучательной рекомбинацией носителей заряда, локализованных в хвостах разрешенных зон нитрида кремния. Происхождение менее интенсивной полосы при 2,8 эВ в спектре ФЛ обусловлено наличием собственных дефектов (N-центров) в слое SiN0,9.ЭЛ возбуждалась в гальваностатическом режиме в системе электролит–диэлектрик–полупроводник (ЭДП) при средней величине напряженности электрического поля в структуре 5–6 МВ/см. Величина напряженности электрического поля в слоях оксида кремния составляла 7–8 МВ/см и превышала значение этого параметра в слое SiN0,9 в ~4 раза. Электроны, ускоренные в электрических полях 7–8 MB/см, могут разогреваться до энергии более 5 эВ, достаточной для возбуждения центров люминесценции в слоях оксида и оксинитрида кремния. Для изученной композиции Sio2/SiN0,9/SiO2/Si полосы ЭЛ с энергиями 1,9 и 2,3 эВ связаны с наличием в слоях оксида кремния силанольных групп (Si–OH) и трехкоординированных атомов кремния (О3≡Si•). Полоса с энергией 2,7 эВ приписана излучательной релаксации двухкоординированных атомов кремния (O2=Si:) в переходных областях оксинитрида кремния. Интенсивность свечения этой полосы обладает наибольшей устойчивостью к воздействию сильных электрических полей после протекания через образец заряда 1–3 Кл/см2