Учёные Мордовии нашли новый способ контроля пор в тонких металлических покрытиях изделий машиностроения

Тонкие металлические пленки и покрытия широко применяются в современной промышленности: от микроэлектроники и радиотехники до оптики, лазерной техники, энергетики и машиностроения. Именно здесь эксплуатационные свойства изделий зависят от наличия и распределения пор внутри пленок и покрытий. Разработанный способ позволяет повысить точность контроля структуры пор, что дает возможность оперативно корректировать технологические процессы производства изделий.

Часто тонкие металлические пленки и покрытия содержат пустоты — поры, которые условно делятся на две группы: открытые, т. е. связанные между собой и окружающей средой, ввиду чего их легко обнаружить, и закрытые — изолированные внутри материала, которые могут быть невидимыми для многих приборов и становятся причиной снижения теплопроводности пленок и покрытий, их электропроводности и прочности.

Предложенный способ позволяет определять величину интегральной (общей) пористости — суммы открытых и закрытых пустот, внутри локальной области цилиндрической формы, выделенной в тонком металлическом слое толщиной от 1 до 50 мкм, нанесенном на плоскую металлическую подложку, что позволяет оценить более детально качество материала слоя.

Для этого на исследуемый металлический слой накладывается простая маска из фольги с круглым отверстием. Затем с помощью оптического профилографа получается профилограмма подложки и поверхности металлического слоя внутри отверстия в маске, которая показывает изменение высоты рельефа вдоль заданного направления на образце.

«Вычислив разность полученных высот профиля поверхности металлического слоя внутри отверстия и профиля поверхности подложки - определяется геометрическая толщина тонкого металлического слоя в локальной области. После чего с помощью рентгенофлуоресцентного толщиномера измеряется эффективная рентгеновская толщина металлического слоя в области, ограниченной круглым отверстием в маске. Зная разницу между геометрической толщиной и рентгеновской находится интегральная пористость», — пояснил к.ф.-м. н., доцент, ведущий научный сотрудник кафедры физического материаловедения института наукоемких технологий и новых материалов МГУ им. Н. П. Огарёва Михаил Новопольцев.

Существующие методы определения общей пористости ограничены массивными материалами, и не позволяют измерять пористость тонких металлических слоев, нанесенных на подложки. Преимущество способа учёных МГУ им. Н. П. Огарёва заключается в использовании оптического профилографа и рентгенофлуоресцентного толщиномера, которые часто уже имеются на предприятиях, что позволяет внедрить разработку в производственный процесс без дополнительных затрат.

Основным промышленным партнёром разработки является ПАО «Электровыпрямитель». Результаты совместных исследований ориентированы на практическое внедрение в технологических процессах этого предприятия, но применять разработанный способ могут и другие производители.

Изобретение создано в рамках выполнения государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (код научной темы FZRS-2025−0002).