RU2454474C1 - Charge for composite cathode, and method for its manufacture - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: charge for composite cathode contains the following, wt %: TiAl₃ 20.0-60.0; titanium is the rest; at that, dispersability of initial powders is 50-125 mcm. New composite cathodes are obtained from charge by pressing workpieces of the required shape and dimensions and further sintering in vacuum.

EFFECT: obtained cathodes have homogeneous structure with fine porosity, hold their initial shape, require no further heat treatment and machining and are suitable for being used in equipment for application of ion-plasma coatings.

7 cl, 1 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения композиционных катодов (мишеней) для ионно-плазменного напыления многокомпонентных наноструктурных покрытий. Изобретение может быть использовано в химической, станкоинструментальной промышленности, машиностроении, металлургии для получения наноструктурных покрытий методом ионно-плазменного напыления.The invention relates to powder metallurgy, in particular to a technology for producing composite cathodes (targets) for ion-plasma spraying of multicomponent nanostructured coatings. The invention can be used in the chemical, machine tool industry, mechanical engineering, metallurgy to obtain nanostructured coatings by ion-plasma spraying.

Ионно-плазменные покрытия, наносимые магнетронным или вакуумно-дуговым распылением катодов (мишеней), находят широкое применение в технике и промышленности. В зависимости от элементного состава и требуемых эксплуатационных характеристик они применяются в качестве износостойких покрытий на инструмент и ответственные детали, а также функциональных покрытий со специальными свойствами (сверхпроводимость, магнитные свойства, эмиссия электронов и т.д.). Общая тенденция последних лет состоит в усложнении элементного состава покрытий, содержащих три и более компонентов. Для получения многокомпонентных покрытий часто используют метод совмещенных пучков, который заключается в одновременном распылении нескольких катодов различного элементного состава. Для реализации метода совмещенных пучков требуется существенное усложнение оборудования, а генерируемая из нескольких источников плазма имеет сильную пространственную неоднородность элементного состава. Эта неоднородность состава плазмы приводит к нестабильности элементного состава и, как следствие, свойств по толщине осаждаемого покрытия.Ion-plasma coatings applied by magnetron or vacuum-arc sputtering of cathodes (targets) are widely used in engineering and industry. Depending on the elemental composition and the required operational characteristics, they are used as wear-resistant coatings on tools and critical parts, as well as functional coatings with special properties (superconductivity, magnetic properties, electron emission, etc.). The general tendency of recent years is to complicate the elemental composition of coatings containing three or more components. To obtain multicomponent coatings, the combined beam method is often used, which consists in the simultaneous atomization of several cathodes of different elemental composition. To implement the combined beam method, a significant complication of the equipment is required, and the plasma generated from several sources has a strong spatial heterogeneity of the elemental composition. This heterogeneity of the plasma composition leads to instability of the elemental composition and, as a consequence, the thickness properties of the deposited coating.

Для устранения этого недостатка применяют композиционные (многокомпонентные) катоды (мишени), имеющие необходимый элементный состав. Известны несколько различных способов изготовления композиционных катодов.To eliminate this drawback, composite (multicomponent) cathodes (targets) are used that have the necessary elemental composition. Several different methods for manufacturing composite cathodes are known.

Простейшим методом генерации многокомпонентной плазмы из одного источника является распыление составного (мозаичного) катода, состоящего из однокомпонентных частей макроскопических размеров. Предлагаются различные варианты конструкций мозаичных катодов [1-3]. В частности, в патенте US 4842706 [1] в качестве составной мишени предлагается катод, состоящий из соединенных вместе нескольких блоков-сегментов из различных элементов. Патент РФ №2210620 [2] предлагает мозаичную мишень, которая состоит из плоской матрицы, закрепленной на охлаждаемом основании, и размещенных на матрице вставок из напыляемых разнородных материалов, расположенных в зоне эрозии мишени равномерно вдоль проекций силовых линий магнитного поля, заглубленных и/или выступающих относительно поверхности других элементов мишени в пределах от 0,01 до 0,1 мм. При этом параметры распыления должны учитывать зону эрозии. В патенте РФ №2261496 [3] предлагается мозаичная мишень, которая состоит из стальной матрицы с охлаждаемым основанием, в углублениях которой размещены элементы для распыления. В качестве элементов матрицы использованы порошки с гранулометрическим составом, зависящим от свойств элементов. Элементы размещены в матрице в виде ячеек с образованием зон плавного перехода друг в друга на границах их соприкосновения.The simplest method for generating multicomponent plasma from a single source is the sputtering of a composite (mosaic) cathode, consisting of one-component parts of macroscopic dimensions. Various designs of mosaic cathodes are proposed [1-3]. In particular, US Pat. No. 4,842,706 [1] proposes, as a composite target, a cathode consisting of several block segments of various elements joined together. RF patent No. 2210620 [2] proposes a mosaic target, which consists of a flat matrix mounted on a cooled base, and inserts on the matrix of sprayed dissimilar materials located in the erosion zone of the target evenly along the projections of the magnetic field lines, buried and / or protruding relative to the surface of other elements of the target in the range from 0.01 to 0.1 mm In this case, the spraying parameters must take into account the erosion zone. In the patent of the Russian Federation No. 2261496 [3] a mosaic target is proposed, which consists of a steel matrix with a cooled base, in the recesses of which are placed elements for spraying. As elements of the matrix used powders with particle size distribution, depending on the properties of the elements. Elements are placed in the matrix in the form of cells with the formation of zones of a smooth transition into each other at the boundaries of their contact.

Основным конструктивным недостатком мозаичных мишеней является макроскопический размер структурных элементов с различным элементным составом. В условиях вакуумно-дугового или магнетронного распыления скорости распыления структурных элементов с различным элементным составом сильно различаются и зависят от технологических режимов распыления, что приводит к неоднородной эрозии в контактной зоне составных элементов. Поэтому обеспечить требуемый элементный состав плазмы и осаждаемого покрытия очень трудно при использовании мозаичных катодов. Для того чтобы элементный состав генерируемой плазмы совпадал с элементным составом распыляемого катода необходимо, чтобы размер структурных элементов композиционного катода был порядка размеров катодных пятен вакуумной дуги (около 100 мкм) [4]. Такую дисперсную структуру многокомпонентного композиционного катода можно обеспечить применением порошковых технологий (самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), горячее прессование, спекание).The main structural drawback of mosaic targets is the macroscopic size of structural elements with different elemental composition. Under vacuum-arc or magnetron sputtering, the sputtering rates of structural elements with different elemental composition are very different and depend on the technological spraying conditions, which leads to inhomogeneous erosion in the contact zone of the constituent elements. Therefore, it is very difficult to provide the required elemental composition of the plasma and the deposited coating when using mosaic cathodes. In order for the elemental composition of the generated plasma to coincide with the elemental composition of the sputtered cathode, it is necessary that the size of the structural elements of the composite cathode be on the order of the dimensions of the cathode spots of the vacuum arc (about 100 μm) [4]. Such a dispersed structure of a multicomponent composite cathode can be provided by using powder technologies (self-propagating high-temperature synthesis (SHS), hot pressing, sintering).

Известен способ изготовления изделий из композиционных материалов (пат. РФ №2017846) [5], преимущественно мишеней для ионно-плазменного напыления тонкопленочных резисторов. Способ основан на использовании теплового эффекта химической реакции (СВС) и заключается в инициировании реакции горения в экзотермической смеси, последующем горячем деформировании, выдержке под давлением продуктов горения и их охлаждении. В качестве экзотермической смеси используют смесь состава, мас.%: алюминий 15,0-33,8; оксид титана 13,4-30,1; оксид бора 11,6-28,1; диборид титана 60,0-10,0, причем дисперсность порошка оксида бора не превышает 500 мкм, диборида титана - менее 20 мкм, а удельные поверхности порошков оксида титана и алюминия соответственно равны, м²/г: 0,7-5,8 и 0,7-0,3.A known method of manufacturing products from composite materials (US Pat. RF No. 20177846) [5], mainly targets for ion-plasma spraying of thin-film resistors. The method is based on the use of the thermal effect of a chemical reaction (SHS) and consists in initiating a combustion reaction in an exothermic mixture, subsequent hot deformation, holding the combustion products under pressure and cooling them. As an exothermic mixture, a mixture of the composition is used, wt.%: Aluminum 15.0-33.8; titanium oxide 13.4-30.1; boron oxide 11.6-28.1; titanium diboride 60.0-10.0, and the dispersion of boron oxide powder does not exceed 500 microns, titanium diboride less than 20 microns, and the specific surfaces of titanium oxide and aluminum powders are respectively equal, m ² / g: 0.7-5.8 and 0.7-0.3.

Недостатком известного способа является то, что он может быть реализован в ограниченном концентрационном интервале компонентов мишеней, поскольку инициирование и прохождение реакции горения возможно только при составах порошковых смесей с достаточной термичностью. Во многих случаях диапазон составов, оптимальных с точки зрения требуемых свойств покрытий, полученных распылением катодов, не совпадает с диапазоном составов, при которых может быть реализован метод, основанный на экзотермических реакциях в порошковых смесях. При этом процесс является термически трудно контролируемым, сопровождается интенсивным газовыделением и порообразованием, для предотвращения которого необходимо дополнительное использование горячего прессования, что усложняет технологический процесс производства катодов. Кроме того, из-за быстрого охлаждения после завершения реакции синтеза материал мишени отличается высоким уровнем внутренних напряжений, под действием которых часто происходит самопроизвольное разрушение мишеней.The disadvantage of this method is that it can be implemented in a limited concentration range of the components of the targets, since the initiation and passage of the combustion reaction is possible only with compositions of powder mixtures with sufficient thermality. In many cases, the range of compositions that are optimal from the point of view of the required properties of the coatings obtained by sputtering the cathodes does not coincide with the range of compositions at which a method based on exothermic reactions in powder mixtures can be implemented. Moreover, the process is thermally difficult to control, accompanied by intense gas evolution and pore formation, to prevent which additional use of hot pressing is necessary, which complicates the cathode production process. In addition, due to rapid cooling after completion of the synthesis reaction, the target material is characterized by a high level of internal stresses, under the influence of which spontaneous destruction of targets often occurs.

Технология свободного спекания спрессованных порошковых смесей применяется на составах с малой термичностью и на системах, спекание которых не сопровождается сильным объемным ростом.The technology of free sintering of pressed powder mixtures is used on compositions with low thermal conductivity and on systems whose sintering is not accompanied by strong volume growth.

Известен способ получения пористых металлических катодов (SU 1619727) [6]. Из порошка вольфрама со средним размером зерна 3,5-7,0 мкм готовят шихту определенного фракционного состава, прессуют пористые катоды, спекают и пропитывают веществом, испускающим электроны. Недостатком указанного изобретения является то, что данный способ не позволяет получать мишени для ионно-плазменного напыления наноструктурных нитридных покрытий.A known method of producing porous metal cathodes (SU 1619727) [6]. From a tungsten powder with an average grain size of 3.5-7.0 μm, a mixture of a certain fractional composition is prepared, porous cathodes are pressed, sintered and impregnated with a substance emitting electrons. The disadvantage of this invention is that this method does not allow to obtain targets for ion-plasma spraying of nanostructured nitride coatings.

Порошковые смеси на основе алюминия, содержащие добавки переходных металлов (титан, хром, железо), спекаются только в ограниченном интервале содержания добавок [7-11].Aluminum-based powder mixtures containing transition metal additives (titanium, chromium, iron) are sintered only in a limited range of additives [7-11].

Известен материал катода для сильноточного ионного ускорителя (пат. РФ №2110107) [12]. Материал предназначен для изготовления катода сильноточного ионного ускорителя. Материал, получаемый спеканием, содержит, мас.%: алюминий 17,0-20,0; кремний 2,0-4,0; бор 16,0-19,0; графит 27,0-31,0; титан - остальное. Катод из этого материала позволяет снизить порог плазмообразования и повысить ток в импульсе, но в условиях ионно-плазменного напыления не обеспечивает получение функциональных покрытий с необходимой твердостью и стойкостью к окислению при нагреве на воздухе.Known cathode material for a high-current ion accelerator (US Pat. RF No. 2110107) [12]. The material is intended for the manufacture of the cathode of a high-current ion accelerator. The material obtained by sintering contains, wt.%: Aluminum 17.0-20.0; silicon 2.0-4.0; boron 16.0-19.0; graphite 27.0-31.0; titanium - the rest. A cathode made of this material makes it possible to lower the plasma formation threshold and increase the current in a pulse, but under conditions of ion-plasma spraying it does not provide functional coatings with the necessary hardness and oxidation resistance when heated in air.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий титан (SU 1422693) [13]). Сплав получается спеканием смесей порошков алюминия и титана при содержании последнего от 12,5 до 20,0 ат.%. Недостатком способа спекания смесей порошков алюминия и титана является то, что интервал содержания титана в порошковых смесях, при спекании которых получается материал приемлемой пористости, ограничен 20,0 ат.%. Однако, согласно многочисленным литературным данным, для получения ионно-плазменных покрытий с высокой твердостью и стойкостью к окислению необходимо использовать катоды на основе алюминия с содержанием не менее 33,0 ат.% титана [14-16]. Причиной сильного объемного роста, приводящего к повышенной пористости, при спекании порошковых смесей на основе алюминия с содержанием титана более 20 ат.% является избыточное содержание жидкой фазы, которая появляется при нагреве выше температуры плавления алюминия (660°С) [8-11].Known aluminum-based alloy containing titanium (SU 1422693) [13]). The alloy is obtained by sintering mixtures of aluminum and titanium powders with a content of the latter from 12.5 to 20.0 at.%. The disadvantage of the method of sintering mixtures of powders of aluminum and titanium is that the range of titanium content in powder mixtures, during sintering which produces a material of acceptable porosity, is limited to 20.0 at.%. However, according to numerous published data, to obtain ion-plasma coatings with high hardness and oxidation resistance, it is necessary to use aluminum-based cathodes with a content of at least 33.0 at.% Titanium [14-16]. The reason for the strong bulk growth leading to increased porosity during sintering of aluminum-based powder mixtures with a titanium content of more than 20 at.% Is the excessive content of the liquid phase, which appears when heated above the melting temperature of aluminum (660 ° C) [8-11].

Задачей предлагаемого изобретения является разработка шихты для композиционного катода и способа его изготовления.The task of the invention is to develop a mixture for a composite cathode and a method for its manufacture.

Полученные из предлагаемой шихты предлагаемым способом композиционные катоды имеют достаточно однородную структуру с мелкодисперсной пористостью, сохраняют свою исходную форму, не требуют дальнейшей термо- и механической обработки и пригодны для использования в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Предлагаемое изобретение позволит избежать недостатков мозаичных (составных) катодов, связанных с неоднородностью распыления структурных элементов макроскопических размеров, а также избежать недостатков, указанных выше катодов, полученных методом СВС с одновременным приложением давления [5].The composite cathodes obtained from the proposed charge by the proposed method have a fairly uniform structure with fine porosity, retain their original shape, do not require further thermal and mechanical processing, and are suitable for use in equipment for applying ion-plasma coatings. The present invention will avoid the disadvantages of mosaic (composite) cathodes associated with the heterogeneity of sputtering of structural elements of macroscopic dimensions, as well as avoid the disadvantages of the above cathodes obtained by SHS with simultaneous application of pressure [5].

Указанный технический результат достигается тем, что шихта для композиционного катода, содержащая порошок титана, дополнительно содержит порошок интерметаллида TiAl₃, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The specified technical result is achieved in that the charge for the composite cathode, containing titanium powder, additionally contains TiAl ₃ intermetallic powder, in the following ratio, wt.%:

TiAl₃ TiAl ₃ 20,0-60,0;20.0-60.0; титанtitanium остальное,rest,

при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм.while the dispersion of the starting powders is 50-125 microns.

Шихта может дополнительно содержать порошок кремния, предпочтительно в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков TiAl₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%.The mixture may additionally contain silicon powder, preferably in an amount of 5.0-10.0 wt.%, While the total amount of TiAl ₃ and silicon powders in the charge is 20.0-60.0 wt.%.

Указанный технический результат достигается также тем, что композиционный катод изготавливают способом, включающим приготовление порошковой шихты, прессование из нее заготовок катода необходимой формы и размеров, последующее их спекание в вакууме, при этом для приготовления шихты используют порошки титана, интерметаллида TiAl₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:The indicated technical result is also achieved by the fact that the composite cathode is produced by a method including the preparation of a powder mixture, pressing the cathode blanks of the desired shape and size from it, their subsequent sintering in vacuum, and powders of titanium and TiAl ₃ intermetallic are used to prepare the mixture in the following ratio of components , wt.%:

TiAl₃ TiAl ₃ 20,0-60,0;20.0-60.0; титанtitanium остальное,rest,

при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм.while the dispersion of the starting powders is 50-125 microns.

В способе шихта может дополнительно содержать порошок кремния, предпочтительно в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков TiAl₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%.In the method, the charge may additionally contain silicon powder, preferably in an amount of 5.0-10.0 wt.%, While the total amount of TiAl ₃ and silicon powders in the charge is 20.0-60.0 wt.%.

В способе прессование заготовок катода осуществляют до пористости 25-35%.In the method, pressing the cathode blanks is carried out up to a porosity of 25-35%.

В способе нагрев вакуумной печи до температуры спекания заготовок катода осуществляют со скоростью 3-4 град/мин.In the method, the heating of the vacuum furnace to the sintering temperature of the cathode blanks is carried out at a speed of 3-4 deg / min.

В способе вакуумное спекание заготовок катода осуществляют в диапазоне температур 1200-1400°C с изотермической выдержкой 2-4 часа.In the method, the vacuum sintering of the cathode blanks is carried out in the temperature range 1200-1400 ° C with an isothermal exposure of 2-4 hours.

Данное изобретение основано на изготовлении композиционного катода на основе титана путем спекания порошковой шихты предлагаемого фазового состава, при котором отсутствует или сведено к минимуму тепловыделение, приводящее к объемному росту спекаемых прессовок-заготовок катода. С этой целью порошок чистого алюминия в порошковой шихте на основе титана заменен на порошок интерметаллического соединения TiAl₃, имеющий температуру плавления 1330°С. Также композиционный катод может быть изготовлен из порошковой шихты Ti-TiAl₃, дополнительно содержащей кремний, присутствие которого в ионно-плазменных покрытиях повышает их твердость и стойкость к окислению [17-19].This invention is based on the manufacture of a titanium-based composite cathode by sintering a powder mixture of the proposed phase composition, in which heat is absent or minimized, leading to volumetric growth of sintered cathode billet blanks. For this purpose, pure aluminum powder in a titanium-based powder mixture has been replaced by a powder of an intermetallic compound TiAl ₃ having a melting point of 1330 ° C. Also, the composite cathode can be made of a Ti-TiAl ₃ powder mixture, additionally containing silicon, the presence of which in ion-plasma coatings increases their hardness and oxidation resistance [17-19].

Предлагаемый способ изготовления композиционного катода систем Ti-Al и Ti-Al-Si включает: а) приготовление порошковой шихты с использованием указанных ингредиентов и концентрационных соотношений; б) компактирование (прессование) из шихты заготовок катода пористостью 25-35%, которые соответствуют по своим формам и размерам мишеням, используемым в стандартных установках ионно-плазменного напыления; в) нагрев заготовок катода в вакуумной печи со скоростью, не превышающей 3-4 град/мин, до температуры 1200-1400°С с выдержкой при этой температуре в течение 2-4 часов. Эти режимы спекания обеспечивают процесс сплавообразования в выбранной порошковой шихте с приближением фазового состава к равновесному. В качестве исходной шихты берут двухкомпонентную смесь из порошков Ti и интерметаллида TiAl₃ или трехкомпонентную смесь из порошков Ti, TiAl₃ и Si. Предпочтительное содержание интерметаллида TiAl₃ в двухкомпонентной порошковой шихте составляет 20,0-60,0 мас.%, что соответствует содержанию алюминия 12,0-36,0 мас.%. При приготовлении трехкомпонентной порошковой шихты предпочтительное содержание кремния составляет 5,0-10,0 мас.%. Дисперсность исходных порошков ингредиентов выбраны в пределах 50-125 мкм.The proposed method of manufacturing a composite cathode of Ti-Al and Ti-Al-Si systems includes: a) preparing a powder mixture using the indicated ingredients and concentration ratios; b) compaction (pressing) of the cathode blanks from the charge with a porosity of 25-35%, which correspond in shape and size to the targets used in standard ion-plasma spraying plants; c) heating the cathode blanks in a vacuum furnace at a speed not exceeding 3-4 deg / min to a temperature of 1200-1400 ° C with holding at this temperature for 2-4 hours. These sintering modes provide the process of alloy formation in the selected powder mixture with the phase composition approaching equilibrium. As the initial charge, take a two-component mixture of Ti powders and TiAl ₃ intermetallic or a three-component mixture of Ti, TiAl ₃ and Si powders. The preferred content of TiAl ₃ intermetallic in a two-component powder mixture is 20.0-60.0 wt.%, Which corresponds to an aluminum content of 12.0-36.0 wt.%. In the preparation of a three-component powder mixture, the preferred silicon content is 5.0-10.0 wt.%. The dispersion of the starting powders of the ingredients selected in the range of 50-125 microns.

Качественный состав предложенного композиционного катода обусловлен возрастающими потребностями техники и промышленности к функциональным и упрочняющим, преимущественно наноструктурным, покрытиям.The qualitative composition of the proposed composite cathode is due to the growing needs of technology and industry for functional and hardening, mainly nanostructured coatings.

Для получения катодов Ti-Al и Ti-Al-Si в отношении качественного и количественного состава свободное спекание, используемое в традиционной порошковой металлургии, в настоящий момент не применяется. Об этом свидетельствует проведенный авторами анализ технических решений в этой области техники.To obtain the Ti-Al and Ti-Al-Si cathodes with respect to the qualitative and quantitative composition, free sintering used in traditional powder metallurgy is not currently used. This is evidenced by the authors analysis of technical solutions in this field of technology.

Предпочтительное содержание в порошковой шихте с титаном дополнительного ингредиента интерметаллида TiAl₃ авторы ограничивают значением 20-60,0 мас.%. Этот количественный выбор обусловлен тем, что меньшее чем 20,0 мас.% содержание указанного ингредиента в исходной порошковой шихте не позволяет с помощью спеченного катода (мишени) получить необходимый элементный состав и структуру покрытий, обеспечивающие оптимальные функциональные свойства покрытий.The preferred content in the powder mixture with titanium of the additional ingredient of the TiAl ₃ intermetallic compound is limited by 20-60.0 wt.%. This quantitative choice is due to the fact that less than 20.0 wt.% The content of the specified ingredient in the initial powder mixture does not allow using the sintered cathode (target) to obtain the necessary elemental composition and structure of the coatings, providing optimal functional properties of the coatings.

При содержании в исходной порошковой шихте указанного ингредиента больше чем 60,0 мас.% происходит значительное увеличение пористости катодных заготовок в результате спекания, что снижает их теплопроводность и приводит к перегреву катодов при работе [20].When the content of the specified ingredient in the original powder mixture is more than 60.0 wt.%, A significant increase in the porosity of the cathode blanks occurs as a result of sintering, which reduces their thermal conductivity and leads to overheating of the cathodes during operation [20].

Этот состав катода интересен тем, что при его использовании в качестве мишени можно получать наноструктурное покрытие, обладающее повышенной твердостью и низким уровнем остаточных напряжений по сравнению с покрытиями на основе TiN [21].This composition of the cathode is interesting in that when it is used as a target, a nanostructured coating can be obtained with increased hardness and low level of residual stresses in comparison with TiN-based coatings [21].

Предпочтительное содержание TiAl₃ и Ti в катоде позволяет осаждать на обрабатываемую поверхность именно то соотношение ионов Al и Ti, которое обуславливает преимущественное формирование наноразмерных кристаллитов в покрытиях на основе TiN и AlN. При этом выбранное содержание TiAl₃ и Ti позволяет минимизировать долю капельной фракции при испарении мишени.The preferred content of TiAl ₃ and Ti in the cathode makes it possible to deposit precisely the ratio of Al and Ti ions on the surface that causes the predominant formation of nanosized crystallites in TiN and AlN coatings. In this case, the selected content of TiAl ₃ and Ti allows minimizing the fraction of the droplet fraction upon evaporation of the target.

В известных источниках технической информации отсутствуют сведения о получении методом порошковой металлургии композиционных катодов, содержащих TiAl₃ и титан. Для формирования наноструктурных покрытий на основе нитрида титана методом ионно-плазменного распыления в основном используются сложные составные или мозаичные катоды из чистых металлов, в том числе Ti и А1, или катоды, полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [1-3, 5-6]. В большинстве случаев использование мозаичных катодов при нанесении покрытий сопровождалось заметной эрозией в местах контактов распыляемых элементов, а при распылении катодов возникает много капель, состоящих преимущественно из алюминия, имеющего низкую температуру плавления. При этом неконтролируемое соотношение содержания в плазме ионов Ti и Al делало проблематичным получение стабильного элементного состава покрытий с нанокристаллической структурой. Используемые конструкции мозаичных и составных катодов требуют дополнительных энергозатрат при их изготовлении, при этом не гарантируется однородность структуры и свойств осаждаемых покрытий.In the known sources of technical information there is no information about the production by powder metallurgy of composite cathodes containing TiAl ₃ and titanium. For the formation of nanostructured coatings based on titanium nitride by ion-plasma sputtering, mainly complex composite or mosaic cathodes made of pure metals, including Ti and A1, or cathodes obtained by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS) are mainly used [1-3, 5- 6]. In most cases, the use of mosaic cathodes during coating was accompanied by noticeable erosion at the contact points of the sprayed elements, and when the cathodes are sprayed, many drops arise, consisting mainly of aluminum, which has a low melting point. Moreover, the uncontrolled ratio of the content of Ti and Al ions in the plasma made it difficult to obtain a stable elemental composition of coatings with a nanocrystalline structure. The used designs of mosaic and composite cathodes require additional energy consumption in their manufacture, while the uniformity of the structure and properties of the deposited coatings is not guaranteed.

Использование в порошковой шихте порошкового интерметаллидного соединения TiAl₃ вместо порошка алюминия позволяет уменьшить объемное содержание пор в спеченном катодном материале на основе Ti-Al (см. таблицу).The use of a powdered intermetallic compound TiAl ₃ in a powder charge instead of aluminum powder allows one to reduce the pore volume content in the sintered Ti-Al-based cathode material (see table).

Технология порошковой металлургии, с помощью которой предлагается изготавливать композиционные катоды вышеуказанного состава, позволяет оптимизировать состав катода (мишени), обеспечивая при ее распылении нанокристаллическую структуру и необходимые физико-механические свойства покрытий.Powder metallurgy technology, with the help of which it is proposed to produce composite cathodes of the above composition, makes it possible to optimize the composition of the cathode (target), providing a nanocrystalline structure and the necessary physical and mechanical properties of the coatings when it is sprayed.

Для получения более сложного композиционного катода порошковая шихта на основе Ti и TiAl₃ может дополнительно содержать кремний, предпочтительно в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков ТiА1₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%To obtain a more complex composite cathode, a Ti and TiAl ₃ -based powder mixture may additionally contain silicon, preferably in an amount of 5.0-10.0 wt.%, While the total amount of TiA1 ₃ and silicon powders in the charge is 20.0-60 , 0 wt.%

Покрытия, полученные при использовании катода этого состава, можно применять в таких областях техники, как металлообработка, станкостроение, машиностроение, химическое производство и т.д. Комбинированные покрытия, содержащие кремний, обладают рядом уникальных физико-механических и химических свойств, таких как твердость, сравнимая с твердостью алмаза, коррозионная стойкость, термостойкость и др., что обуславливает их востребованность в современном производстве.Coatings obtained by using a cathode of this composition can be applied in such fields of technology as metalworking, machine tool building, machine building, chemical production, etc. Combined coatings containing silicon have a number of unique physicomechanical and chemical properties, such as hardness comparable to diamond hardness, corrosion resistance, heat resistance, etc., which determine their relevance in modern production.

Целесообразность использования предпочтительного соотношения ингредиентов TiAl₃-Si-Ti в катодах обусловлена результатами многочисленных исследований ионно-плазменных покрытий, осаждаемых при распылении катодов (мишеней), содержащих кремний. Из научно-технической литературы [16-19, 21-24] известно, что оптимальное, с точки зрения эксплуатационных свойств покрытий, содержание кремния в катоде находится в интервале 5-10 мас.%. Однако известные порошковые катоды, полученные СВС-методом, содержат кремния в несколько раз больше [22]. Предпочтительное количественное соотношение TiAl₃-Si-Ti, заявляемое авторами, позволяет осуществлять при спекании процесс сплавообразования в условиях отсутствия СВС экзотермической реакции взаимодействия компонентов и, таким образом, исключить сопутствующее газовыделение, неконтролируемый объемный рост и необходимость последующего горячего уплотнения продуктов реакции. При этом минимальное и максимальное содержание кремния определяется его влиянием на формирование покрытия с нанокристаллической структурой и оптимальными эксплуатационными свойствами [23, 24].The feasibility of using the preferred ratio of ingredients TiAl ₃ -Si-Ti in the cathodes is due to the results of numerous studies of ion-plasma coatings deposited by sputtering cathodes (targets) containing silicon. From the scientific and technical literature [16-19, 21-24] it is known that the optimum, in terms of operational properties of the coatings, silicon content in the cathode is in the range of 5-10 wt.%. However, the known powder cathodes obtained by the SHS method contain several times more silicon [22]. The preferred quantitative ratio of TiAl ₃ -Si-Ti, as claimed by the authors, allows the sintering process to be carried out during sintering in the absence of SHS of an exothermic reaction of the interaction of components and, thus, to exclude concomitant gas evolution, uncontrolled volumetric growth and the need for subsequent hot compaction of reaction products. In this case, the minimum and maximum silicon content is determined by its effect on the formation of a coating with a nanocrystalline structure and optimal operational properties [23, 24].

Выбор дисперсности порошков Ti, TiAl₃ и Si в пределах 50-125 мкм обусловлен тем, что при указанной дисперсности достигается максимальное однородное смешивание ингредиентов. Использование как более крупных, так и более мелких порошков приводит к их сегрегации при смешивании и как результат - к расслоению при прессовании заготовок катодов (мишеней). Кроме того, использование более мелкой фракции затрудняет процесс прессования, а при использовании более крупной фракции возникает необходимость увеличения в несколько раз длительности выдержки при спекании, чтобы уменьшить остаточную пористость. Выбор указанного интервала дисперсности обеспечивает значительное уплотнение заготовок катодов (мишеней) как при прессовании, так и спекании.The choice of the dispersion of powders of Ti, TiAl ₃ and Si in the range of 50-125 μm due to the fact that with the specified dispersion achieves maximum uniform mixing of the ingredients. The use of both larger and smaller powders leads to their segregation during mixing and, as a result, to delamination during pressing of cathode blanks (targets). In addition, the use of a finer fraction complicates the pressing process, and when using a larger fraction, it becomes necessary to increase the duration of sintering by several times in order to reduce residual porosity. The choice of the specified dispersion interval provides a significant compaction of the cathode blanks (targets) both during pressing and sintering.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

Готовят порошковую шихту из исходных порошков указанных ингредиентов в заявленных соотношениях. Из приготовленной порошковой шихты в пресс-форме формуют заготовку катода необходимой конфигурации и размеров, используемых в ионно-плазменном оборудовании. Давление прессования выбирается таким образом, чтобы обеспечивать пористость сырых заготовок-прессовок катода в диапазоне 25-35%. Такая пористость необходима для обеспечения достаточной суммарной поверхности контактов между разнородными частицами порошков и свободного выхода газовой фазы из межчастичных пор.A powder mixture is prepared from the starting powders of the indicated ingredients in the stated proportions. From the prepared powder mixture, a cathode preform of the necessary configuration and size used in ion-plasma equipment is formed in a mold. The pressing pressure is selected in such a way as to ensure the porosity of the crude billet-pressing cathode in the range of 25-35%. Such porosity is necessary to ensure a sufficient total contact surface between dissimilar powder particles and a free exit of the gas phase from interparticle pores.

Спекание полученных заготовок катода в диапазоне температур от 1200 до 1400°С осуществляют в вакуумной печи при остаточном давлении не выше 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 3-4 град/мин, выдержка при температуре спекания - 2-4 часа.Sintering of the obtained cathode blanks in the temperature range from 1200 to 1400 ° C is carried out in a vacuum furnace with a residual pressure of not higher than 10 ^-1 Pa, while the heating rate to sintering temperature is 3-4 deg / min, exposure at sintering temperature is 2-4 hours.

Выбранные значения температуры спекания 1200-1400°С определялись, исходя из особенностей диаграмм состояния систем Ti-Al и Ti-Si. При этом оптимальная температура спекания определяется для каждого состава из условий формирования однородной по фазовому составу и пористости структуры.The selected values of the sintering temperature of 1200-1400 ° C were determined based on the characteristics of the state diagrams of the Ti-Al and Ti-Si systems. In this case, the optimal sintering temperature is determined for each composition from the conditions of formation of a structure homogeneous in phase composition and porosity.

Учитывая специфику выбранных систем с титаном, а именно их достаточно высокую экзотермичность, определена оптимальная скорость нагрева до температуры изотермической выдержки, соответствующая 3-4 град/мин. При такой скорости нагрева происходит отвод тепла, выделяющегося при взаимодействии разнородных компонентов, и исключается саморазогрев заготовок катода. Выдержка 2-4 часа при температуре спекания обеспечивает завершение реакции сплавообразования в заготовках данных составах. Кроме того, она оказалась достаточной для максимальной гомогенизации порошкового материала катода в процессе спекания.Considering the specifics of the selected systems with titanium, namely their rather high exothermicity, the optimal heating rate to the temperature of isothermal exposure, corresponding to 3-4 deg / min, was determined. At this heating rate, the heat released during the interaction of dissimilar components occurs and self-heating of the cathode blanks is excluded. Exposure of 2-4 hours at sintering temperature ensures the completion of the alloying reaction in the workpieces of these compositions. In addition, it turned out to be sufficient for maximum homogenization of the cathode powder material during sintering.

Полученные таким способом композиционные катоды имеют достаточно однородную структуру с мелкодисперсной пористостью, сохраняют свою исходную форму, не требуют дальнейшей термо- и механической обработки и пригодны для использования в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий.The composite cathodes obtained in this way have a fairly uniform structure with fine porosity, retain their original shape, do not require further thermal and mechanical processing, and are suitable for use in equipment for applying ion-plasma coatings.

Примеры конкретного выполнения изобретенияExamples of specific embodiments of the invention

Пример 1.Example 1

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃. Для этого 40 мас.% порошка TiAl₃ дисперсности 80 мкм смешивают с 60 мас.% титана дисперсности 125 мкм. Из приготовленной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования 30 кН/см² позволяет получить пористость сырой заготовки катода 25%. Спекание осуществляют при температуре 1250°C в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 4 град/мин, выдержка при температуре спекания - 4 часа.Prepare a composite powder mixture of the Ti-TiAl _{3 system} . For this, 40 wt.% TiAl ₃ powder with a dispersion of 80 μm is mixed with 60 wt.% Titanium with a dispersion of 125 μm. From the prepared powder charge, a cylindrical-shaped cathode preform is pressed into a mold with a diameter and height corresponding to the technological dimensions of the target attachment site in the equipment for applying ion-plasma coatings. Pressing pressure of 30 kN / cm ² allows you to get the porosity of the crude billet cathode 25%. Sintering is carried out at a temperature of 1250 ° C in a vacuum furnace with a residual pressure of 10 ^-1 Pa, while the heating rate to sintering temperature is 4 deg / min, exposure at sintering temperature is 4 hours.

Пример 2.Example 2

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃-Si. Для этого 5 мас.% кремния дисперсностью 50 мкм смешивают с 95 мас.% двухфазной смеси Ti-TiAl₃ дисперсностью 50 мкм. Из приготовленной трехфазной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования составляло 35 кН/см². Пористость сырой заготовки катода составляет 30%. Спекание осуществляют при температуре от 1200°С в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 3,5 град/мин, выдержка при температуре спекания - 2 часа.Prepare a composite powder mixture of the Ti-TiAl ₃ -Si system. For this, 5 wt.% Of silicon with a dispersion of 50 μm is mixed with 95 wt.% Of a two-phase mixture of Ti-TiAl _{3 with a} dispersion of 50 microns. From the prepared three-phase powder mixture, a cylindrical-shaped cathode blank with a diameter and height corresponding to the technological dimensions of the target attachment site in the equipment for applying ion-plasma coatings is pressed in a mold. The pressing pressure was 35 kN / cm ² . The porosity of the crude cathode blank is 30%. Sintering is carried out at a temperature of 1200 ° C in a vacuum furnace with a residual pressure of 10 ^-1 Pa, while the heating rate to sintering temperature is 3.5 deg / min, exposure at sintering temperature is 2 hours.

Пример 3.Example 3

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃-Si.Prepare a composite powder mixture of the Ti-TiAl ₃ -Si system.

Для этого 10 мас.% Si дисперсностью 60 мкм смешивают с 90 мас.% двухфазной смеси Ti-TiAl₃ дисперсностью 100 мкм. Из приготовленной трехфазной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования составляет 35 кН/см². Пористость сырой заготовки катода составляет 25%. Спекание осуществляют при температуре от 1350°С в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 3 град/мин, выдержка при температуре спекания - 3 часа.For this, 10 wt.% Si with a dispersion of 60 μm is mixed with 90 wt.% Of a two-phase mixture of Ti-TiAl _{3 with a} dispersion of 100 μm. From the prepared three-phase powder mixture, a cylindrical-shaped cathode blank with a diameter and height corresponding to the technological dimensions of the target attachment site in the equipment for applying ion-plasma coatings is pressed in a mold. The pressing pressure is 35 kN / cm ² . The porosity of the crude cathode blank is 25%. Sintering is carried out at a temperature of 1350 ° C in a vacuum oven at a residual pressure of 10 ^-1 Pa, while the heating rate to sintering temperature is 3 deg / min, and exposure at sintering temperature is 3 hours.

Пример 4.Example 4

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃. Для этого 60 мас.% TiAl₃ дисперсностью 120 мкм смешивают с 40 мас.% Ti дисперсностью 80 мкм. Из приготовленной трехфазной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования составляет 35 кН/см². Пористость сырой заготовки катода составляет 35%. Спекание осуществляют при температуре от 1300°С в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 4 град/мин, выдержка при температуре спекания - 3 часа.Prepare a composite powder mixture of the Ti-TiAl _{3 system} . For this, 60 wt.% TiAl _{3 with a} fineness _of 120 microns is mixed with 40 wt.% Ti with a fineness of 80 microns. From the prepared three-phase powder mixture, a cylindrical-shaped cathode blank with a diameter and height corresponding to the technological dimensions of the target attachment site in the equipment for applying ion-plasma coatings is pressed in a mold. The pressing pressure is 35 kN / cm ² . The porosity of the crude cathode blank is 35%. Sintering is carried out at a temperature of 1300 ° C in a vacuum oven at a residual pressure of 10 ^-1 Pa, while the heating rate to sintering temperature is 4 deg / min, and exposure at sintering temperature is 3 hours.

Пример 5.Example 5

Готовят композиционную порошковую шихту системы Ti-TiAl₃. Для этого 20 мас.% порошка TiAl₃ дисперсности 100 мкм смешивают с 80 мас.% титана дисперсности 125 мкм. Из приготовленной порошковой шихты прессуют в пресс-форме заготовку катода цилиндрической формы диаметром и высотой, соответствующими технологическим размерам узла крепления мишеней в оборудовании для нанесения ионно-плазменных покрытий. Давление прессования 30 кН/см² позволяет получить пористость сырой заготовки катода 25%. Спекание осуществляют при температуре 1400°С в вакуумной печи при остаточном давлении 10^-1 Па, при этом скорость нагрева до температуры спекания составляет 4 град/мин, выдержка при температуре спекания - 4 часа.Prepare a composite powder mixture of the Ti-TiAl _{3 system} . For this, 20 wt.% TiAl ₃ powder of a fineness _of 100 μm is mixed with 80 wt.% Titanium of a fineness of 125 μm. From the prepared powder charge, a cylindrical-shaped cathode preform is pressed into a mold with a diameter and height corresponding to the technological dimensions of the target attachment site in the equipment for applying ion-plasma coatings. Pressing pressure of 30 kN / cm ² allows you to get the porosity of the crude billet cathode 25%. Sintering is carried out at a temperature of 1400 ° C in a vacuum furnace with a residual pressure of 10 ^-1 Pa, while the heating rate to sintering temperature is 4 deg / min, exposure at sintering temperature is 4 hours.

ТаблицаTable Шихта для композиционного катода и способ его изготовленияThe charge for the composite cathode and method of its manufacture   Al, мас.%Al, wt.% Пористость, %Porosity,% [8][8] ПредлагаемыйProposed 1one 30,030,0 33,033.0 25,025.0 22 40,040,0 42,042.0 30,530.5 33 50,050,0 55,055.0 37,037.0

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2210620, С23С 14/35, H01J 23/05, опубл. 20.08.2003.1. RF patent No. 2210620, C23C 14/35, H01J 23/05, publ. 08/20/2003.

2. Патент US 4842706, С23С 15/00, опубл. 27.07.1989 г.2. Patent US 4842706, C23C 15/00, publ. 07/27/1989

3. Патент РФ №2261496, H01J 23/00, С23С 14/06, С23С 14/34, опубл. 27.09.2005.3. RF patent No. 2261496, H01J 23/00, C23C 14/06, C23C 14/34, publ. 09/27/2005.

4. А.Андреев, Л.П.Саблев, В.М.Шулаев, С.Н.Григорьев. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия. Под ред. И.М.Неклюдова, В.М.Шулаева. Харьков, 2005, 240 с.4. A.Andreev, L.P. Sablev, V.M. Shulaev, S.N. Grigoriev. Vacuum arc devices and coatings. Ed. I.M. Neklyudova, V.M.Shulaeva. Kharkov, 2005, 240 p.

5. Патент РФ №2017846, С22С 1/04, B22F 3/14, опубл. 1994.08.15.5. RF patent No. 20177846, C22C 1/04, B22F 3/14, publ. 1994.08.15.

6. А.С. SU 1619727, С22С 1/08, опубл. 20.12.1995.6. A.S. SU 1619727, C22C 1/08, publ. 12/20/1995.

7. Савицкий А.П., Русин Н.М. Спеченный алюминиевый сплав с низким линейным коэффициентом термического расширения. Сб. трудов "Новые конструкционные материалы и покрытия" / Изд-во ТФ СО АН СССР, Томск. - 1988. - C.11-15.7. Savitsky A.P., Rusin N.M. Sintered aluminum alloy with a low linear coefficient of thermal expansion. Sat Proceedings "New Structural Materials and Coatings" / Publishing House of the TF SB AS USSR, Tomsk. - 1988. - C.11-15.

8. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами. // Новосибирск, Наука, - 1991. - 184 с.8. Savitsky A.P. Liquid phase sintering of systems with interacting components. // Novosibirsk, Nauka, 1991 .-- 184 p.

9. G.N.Romanov, P.P.Tarasov, P.K.D'yachkovskiy, A.P.Savitskii, L.S.Martsunova. // Liquid-Phase Sintering of Al with Addition of Ti, Science of Sintering, Vol.38, No.1, Jan. - Apr., 2006, p.55-62.9. G.N. Romanov, P.P. Tarasov, P.K. D. Yachkovskiy, A.P. Savitskii, L. S. Martsunova. // Liquid-Phase Sintering of Al with Addition of Ti, Science of Sintering, Vol. 38, No.1, Jan. - Apr., 2006, p. 55-62.

10. Романов Г.Н,, Тарасов П.П., Дьячковский П.К., Савицкий А.П., Марцунова Л.С. Дилатометрические исследования жидкофазного спекания системы Al-Ti. // Известия Томского политехнического университета. Том 309, №1, 2006, с.114-119.10. Romanov G.N., Tarasov P.P., Dyachkovsky P.K., Savitsky A.P., Martsunova L.S. Dilatometric studies of liquid phase sintering of the Al-Ti system. // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Volume 309, No. 1, 2006, pp. 114-119.

11. Romanov G.N., Tarasov P.P., D'yachkovskiy P.K., Savitskii A.P. and Martsunova L.S. // "Liquid-phase Reactive Sintering of Al-Ti System", EURO PM 2005 Congress and Exhibition in Prague, Proceedings, Vol.1, p.9-15.11. Romanov G.N., Tarasov P.P., D'yachkovskiy P.K., Savitskii A.P. and Martsunova L.S. // "Liquid-phase Reactive Sintering of Al-Ti System", EURO PM 2005 Congress and Exhibition in Prague, Proceedings, Vol. 1, p. 9-15.

12. Патент РФ 2110107, H01J 1/146, H05H 5/02, C23C 14/00, опубл. 1998.04.27.12. RF patent 2110107, H01J 1/146, H05H 5/02, C23C 14/00, publ. 1998.04.27.

13. А.С.SU 1422693, B22F 3/12, С22С 1/08, опубл. 08.05.1988.13. A.C. SU 1422693, B22F 3/12, C22C 1/08, publ. 05/08/1988.

14. Min Zhou, Y.Makino, М.Nose, K.Nogi. Phase transition and properties of Ti-Al-N thin films prepared by r.f.-plasma magnetron sputtering. Thin Solid Films 339 (1999) 203-208.14. Min Zhou, Y. Makino, M. Nose, K. Nogi. Phase transition and properties of Ti-Al-N thin films prepared by r.f.-plasma magnetron sputtering. Thin Solid Films 339 (1999) 203-208.

15. P.Holubar, М.Jilek, М.Sima Present and possible future application of superhard nanocomposite coating. Surface and Coating Technology 133-134 (2000), 145-151.15. P. Holubar, M. Jilek, M. Sima Present and possible future application of superhard nanocomposite coating. Surface and Coating Technology 133-134 (2000), 145-151.

16. О.И.Наконечная. Влияние кремния на микроструктуру и механические свойства твердых пленок TiAlSiN. Физика металлов и металловедение, 2004, том 98, №2, с.65-73.16. O.I. The effect of silicon on the microstructure and mechanical properties of TiAlSiN solid films. Physics of Metals and Metallurgy, 2004, Volume 98, No. 2, pp. 65-73.

17. Vennemann, H.-R.Stock, J.Kohlscheen, S.Rambadt, G.Erkens. Oxidation resistance of titanium-aluminium-silicon nitride coatings. Surface and Coatings Technology. Vol.174-175 (2003), pp 408-415.17. Vennemann, H.-R. Stock, J. Kohlscheen, S. Rambadt, G. Erkens. Oxidation resistance of titanium-aluminum-silicon nitride coatings. Surface and Coatings Technology. Vol. 174-175 (2003), pp 408-415.

18. D.Rafaja, A.Poklad, V.Klemm, G.Schreiber, D.Heger, M.Sima. Microstructure and hardness of nanocrystalline Ti_1-x-yAl_xSi_yN thin films. Materials Science and Engineering A 462 (2007) 279-282.18. D. Rafaja, A. Poklad, V. Klemm, G. Schreiber, D. Heger, M. Sima. Microstructure and hardness of nanocrystalline Ti _1-xy Al _x Si _y N thin films. Materials Science and Engineering A 462 (2007) 279-282.

19. M.Parlinska-Wojtan, A.Karimi, O.Coddet, T.Cselle, M.Morstein. Characterization of thermally treated TiAlSiN coating by ТЕМ and nanoindentation. Surface and Coating Technology 188-189 (2004) 344-350.19. M. Parlinska-Wojtan, A. Karimi, O. Coddet, T. Cselle, M. Morstein. Characterization of thermally treated TiAlSiN coating by TEM and nanoindentation. Surface and Coating Technology 188-189 (2004) 344-350.

20. Прибытков Г.А., Андреева И.А., Коржова В.В. Объемные изменения и формирование структуры при твердофазном спекании порошковых смесей Ti-TiAl₃. // Порошковая металлургия, 2008, 11/12, с.79-86.20. Pribytkov G.A., Andreeva I.A., Korzhova V.V. Volumetric changes and structure formation during solid-phase sintering of Ti-TiAl ₃ powder mixtures. // Powder metallurgy, 2008, 11/12, p. 79-86.

21. Goncharenko I.M., Ivanov Yu.F., Lobach M.I., Krysina O.V., Pribytkov G.A., Andreeva LA., Korjova V.V. Nanostructured Nitride Coatings Produced By Vacuum Arc Evaporation of Sintered Ti-Al Cathodes. Proceedings of 9th International conference on modification of materials with particle beam and plasma flows. // Tomsk, 2008, pp.430-433.21. Goncharenko I.M., Ivanov Yu.F., Lobach M.I., Krysina O.V., Pribytkov G.A., Andreeva LA., Korjova V.V. Nanostructured Nitride Coatings Produced By Vacuum Arc Evaporation of Sintered Ti-Al Cathodes. Proceedings of 9th International conference on modification of materials with particle beam and plasma flows. // Tomsk, 2008, pp. 430-433.

22. Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Штанский Д.В., Шевейко А.Н., Левашов Е.А., Лясоцкий И.В., Дьяконова Н.Б. Структура и свойства Ti-Si-N покрытий, полученных магнетронным распылением СВС-мишеней. // Физика металлов и металловедение, т.97, №3, с.96-103.22. Kiryukhantsev-Korneev F.V., Shtansky D.V., Sheveiko A.N., Levashov E.A., Lyasotsky I.V., Dyakonova N.B. Structure and properties of Ti-Si-N coatings obtained by magnetron sputtering of SHS targets. // Physics of metals and metal science, vol. 97, No. 3, pp. 96-103.

23. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф., Гончаренко И.М., Крысина О.В., Колубаева Ю.А., Кошкин К.А. Структура и свойства нанокристаллических покрытий Ti-Si-N, синтезированных в вакууме электродуговым методом. // Известия ВУЗов. Физика, 2007, №2, с.46-51.23. Koval N.N., Ivanov Yu.F., Goncharenko I.M., Krysina O.V., Kolubaeva Yu.A., Koshkin K.A. Structure and properties of nanocrystalline Ti-Si-N coatings synthesized in vacuum by the electric arc method. // Proceedings of universities. Physics, 2007, No. 2, pp. 46-51.

24. Иванов Ю.Ф., Крысина О.В., Колубаева Ю.А., Кошкин К.А., Гуммер З.И. Синтез нитридных покрытий в плазме дуговых разрядов низкого давления при распылении порошковых катодов. // В сб. Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов. - Под общей редакцией И.М.Неклюдова, В.М.Шулаева. - Том 2, с.31-35 (Сборник докладов 9-й Международного научно-технического конгресса термистов и металловедов). - Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2008. - 336 с.24. Ivanov Yu.F., Krysina O.V., Kolubaeva Yu.A., Koshkin K.A., Gummer Z.I. Synthesis of nitride coatings in a plasma of low-pressure arc discharges during atomization of powder cathodes. // Sat Equipment and technologies for heat treatment of metals and alloys. - Under the general editorship of I.M. Neklyudov, V.M. Shulaev. - Volume 2, p.31-35 (Collection of reports of the 9th International Scientific and Technical Congress of Thermists and Metal Scientists). - Kharkov: NSC "KIPT", 2008. - 336 p.

Claims (7)

1. Шихта для композиционного катода, содержащая порошок титана, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошок интерметаллида ТiАl₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ТiАl₃ 20,0 -60,0 титан остальное,
при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм.1. The charge for the composite cathode containing titanium powder, characterized in that it further comprises a TiAl ₃ intermetallic powder in the following ratio of components, wt.%:
TiAl ₃ 20.0 -60.0 titanium rest,
while the dispersion of the starting powders is 50-125 microns. 2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что она может дополнительно содержать порошок кремния, предпочтительно, в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков ТiАl₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%.2. The mixture according to claim 1, characterized in that it can additionally contain silicon powder, preferably in an amount of 5.0-10.0 wt.%, While the total amount of TiAl ₃ and silicon powders in the mixture is 20.0- 60.0 wt.%. 3. Способ изготовления композиционного катода, включающий приготовление порошковой шихты, прессование из нее заготовок катода необходимой формы и размеров, последующее их спекание в вакууме, отличающийся тем, что для приготовления шихты используют порошки титана, интерметаллида ТiАl₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
TiAl₃ 20,0-60,0 титан остальное,
при этом дисперсность исходных порошков составляет 50-125 мкм.3. A method of manufacturing a composite cathode, including the preparation of a powder mixture, pressing cathode blanks of the desired shape and size from it, their subsequent sintering in vacuum, characterized in that for the preparation of the mixture using powders of titanium, TiAl intermetallide ₃ in the following ratio, wt.% :
TiAl ₃ 20.0-60.0 titanium rest,
while the dispersion of the starting powders is 50-125 microns. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что шихта дополнительно может содержать порошок кремния, предпочтительно, в количестве 5,0-10,0 мас.%, при этом суммарное количество порошков ТiАl₃ и кремния в шихте составляет 20,0-60,0 мас.%.4. The method according to claim 3, characterized in that the charge may additionally contain silicon powder, preferably in an amount of 5.0-10.0 wt.%, While the total amount of TiAl ₃ and silicon powders in the charge is 20.0- 60.0 wt.%. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что прессование заготовок катода осуществляют до пористости 25-35%.5. The method according to claim 3, characterized in that the pressing of the cathode blanks is carried out to a porosity of 25-35%. 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что нагрев вакуумной печи до температуры спекания заготовок катода осуществляют со скоростью 3-4 град/мин.6. The method according to claim 3, characterized in that the heating of the vacuum furnace to the sintering temperature of the cathode blanks is carried out at a speed of 3-4 deg / min. 7. Способ по п.3, отличающийся тем, что вакуумное спекание заготовок катода осуществляют в диапазоне температур 1200-1400°С с изотермической выдержкой 2-4 ч. 7. The method according to claim 3, characterized in that the vacuum sintering of the cathode blanks is carried out in the temperature range 1200-1400 ° C with an isothermal exposure of 2-4 hours