Nitridekerroksia

Nitridekerroksia ovat ohuita nitridiyhdisteistä koostuvia pinnoitteita, jotka muodostuvat pinnalle tai sen läheisyyteen. Ne ovat usein erittäin kovia ja kemiallisesti kestäviä, ja ominaisuudet riippuvat nitrideistä sekä niiden rakenteesta. Nitridekerrokset parantavat kulutuskestävyyttä, korkeaa lämpötilankestävyyttä sekä diffuusionhallintaa, ja niitä käytetään sekä suoja- että toiminnallisina kerroksina erilaisissa sovelluksissa.

Yleisimmät metallinitridikerrokset ovat TiN, CrN ja TiAlN, sekä AlN. Puolijohteiden nitridejä ovat GaN ja AlN; keraamisia nitridejä käytetään esimerkiksi eriste- ja lämpöjohtavuusominaisuuksiltaan erityisesti Si3N4:ää. Monikerroksiset pinnoitejärjestelmät, kuten TiN/TiAlN tai CrN/AlN, yhdistävät kerrosten etuja esimerkiksi kovuuden ja kulutuskestävyyden osalta.

Valmistusmenetelmät: nitridekerroksia voidaan muodostaa nitridoinnilla sekä erilaisilla pinnoitusprosesseilla. Yleisimmät prosessit ovat CVD (chemical vapor deposition) sekä PVD-tekniikat kuten magnetron-sputtering ja arc-deposition. ALD (atomic layer deposition) mahdollistaa erittäin ohuiden ja konformaalisten kerrosten valmistamisen.

Käyttökohteet: teollisuudessa nitridekerroksia käytetään työkalujen pinnoitteina kulutuskestävyyden ja korroosionkestävyyden parantamiseksi, sekä difuusionbarriereina mikroelektroniikassa. Lämpötilavaihteluissa TiAlN- ja CrN-pinnoitteet ovat yleisiä korkeatehoisissa sovelluksissa kuten työkalujen ja turboinnien komponenteissa.

Haasteet: kerrosten jännitys ja kiinnittyminen voivat vaikuttaa loppukäyttöön. Brittleness ja epätoivottu mikrostruktuuri voivat heikentää kestävyyttä, ja prosessivaihtelut sekä kustannukset ovat huomioitavia tekijöitä pinnoitteiden suunnittelussa ja tuotannossa. Tutkimus kohdistuu monikerroksisiin ja nanostrukturoituihin nitridekerroksiin sekä konformaaliin pinnoittamiseen.