Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Syntes och egenskapskarakterisering av volframoxid framställd med magnetronsputtring
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Chemistry, Department of Materials Chemistry.
2011 (Swedish)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Synthesis and characterisation of tungsten oxide prepared with magnetron sputtering (English)
Abstract [en]

The system tungsten-oxygen has potential of being suitable for decorative coatings since ceramic coatings are often hard and wear resistant, and since modulations in oxygen content or incorporation of small ions could give bright colours. The aim of this report was to investigate the relationship between process parameters and  the properties of the films, with the wear resistance being of special interest.

Samples with tungsten to oxygen ratios in the range of 100:0 to 25:75 at% were made using reactive sputter deposition, either with constant gas flow, or gas flow controlled by optical emission of the plasma. The hysteresis of the system, which means that a certain gas flow will cause different pressure and/or target voltage depending on in what way the flow is reached, makes it interesting to control the process where the system makes the steep change from metallic tungsten to ceramic tungsten oxide. This is difficult and thus requires precise control equipment.

The samples were analysed using X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and an empirical wear test suitable for small components like cell phone cover for example, in order to characterize the structure, composition and wear resistance of the coatings. The results could be divided into three groups: (I) tungsten-like, with very low oxygen content; (II) mixed phase and (III) tungsten oxide like, with oxygen content close to 75 at%. This could be seen in all analyses. Three distinct groups of results can be expected when changing the tungsten to oxygen ratio. The wear resistance was satisfactory for groups I and II, but poor for samples from group III; results from the constant flow experiment cannot be easily translated into emission controlled results, and large variations in sputter rate make it difficult to predict the thickness of emission controlled coatings.

Abstract [sv]

Volfram-syre är ett materialsystem som skulle kunna lämpa sig för användning i dekorativa beläggningar, mot bakgrund att keramiska beläggningar ofta är hårda och nötningsbeständiga samtidigt som modulering av syrehalt eller dopning skulle kunna ge upphov till starka färger. Syftet med detta arbete var att undersöka olika sammansättningar av volframoxid för att se hur processparametrar påverkar den slutliga beläggningen samt om beläggningen har tillräckligt nötningsmotstånd för tillämpning på exempelvis handburen elektronik.

Prover med varierande förhållande mellan syre och volfram tillverkades med hjälp av reaktiv magnetronsputtring (0 - 75 at% O). Två tekniker tillämpades för detta: beläggning under konstant flöde av syrgas och reglering där gasflödet styrdes med hjälp av optisk emission från plasmat.  Systemet W-O har ett hysteresområde, vilket innebär att ett visst gasflöde ger olika tryck/targetspänning beroende på från vilket håll man närmar sig det givna flödet. Reglering på emission från plasmat är intressant för tillverkning av beläggningar med sammansättningar som skiljer sig från ren volfram och volframtrioxid, då dessa kan tillverkas med konstant gasflöde till beläggningskammaren, men detta är svårt på grund av hysteresen och kräver en noggrann regulator.

Proverna analyserades med bland annat röntgendiffraktion, foto-emissionsspektroskopi och ett empiriskt nötningstest, som kan simulera nötning av till exempel en mobiltelefon i byxficka; för att påvisa struktur, sammansättning och nötningsmotstånd. Resultaten kunde delas upp i tre områden: (I) W- eller β-W-lik, det vill säga mycket låg syrehalt i beläggningen; (II) övergångsfas och (III) WO3-lik. Denna uppdelning kunde ses med alla analysmetoder. Slutsatser som kunde dras av arbetet var:

  • Hela spektrumet från ren volfram till stökiometrisk volframtrioxid kan tillverkas med tillgänglig teknik.
  • Tre tydliga områden med olika egenskaper uppstår när den relativa halten mellan volfram och syre ändras
  • Egenskaperna följer syrgashistoriken och ett visst genomsnittligt syrgasflöde kan för flera beläggningar ge olika syrehalt, struktur och beläggningstjocklek.
  • Resultat kan inte direkt översättas mellan fixa syrgasflöden och reglerade flöden.

Beläggningar där sammansättningen var nära WO3 visade dålig nötningsbeständighet vid försöket, där vissa prover nötts tydligt redan efter 15 min. Vid hög volframhalt var nötningsbeständigheten mycket bättre och skillnaden mellan nötta prover och referenserna var liten efter 120 min provning.

Place, publisher, year, edition, pages
2011. , 34 p.
Series
UPTEC K, ISSN 1650-8297 ; 11030
Keyword [sv]
reaktiv magnetronsputtring, volframoxid, dekorativa beläggningar
National Category
Chemical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-161845OAI: oai:DiVA.org:uu-161845DiVA: diva2:457733
Educational program
Master Programme in Chemical Engineering
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-02-24 Created: 2011-11-18 Last updated: 2012-02-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2372 kB)