Influence of atmosphere composition on the structure and properties of aluminum oxynitride coatings deposited by PLD method

Inżynieria Materiałowa 1 (209) (2016) 23 28 DOI 10.15199/28.2016.1.4 Copyright SIGMA-NOT MATERIALS ENGINEERING Influence of atmosphere composition on the structure and properties of aluminum oxynitride coatings deposited by PLD method Joanna Piwowarczyk *, Roman Jędrzejewski, Jolanta Baranowska Institute of Materials Science and Engineering, West Pomeranian University of Technology, Szczecin, Poland, * Joanna.Piwowarczyk@zut.edu.pl This work presents studies on the influence of oxygen content in reaction atmosphere during pulsed laser deposition on the structure and properties of aluminium oxynitride films. The coatings were grown on monocrystalline Si substrates. Aluminium nitride bulk disk was used as a target. The film deposition took place at room temperature and pressure of 0.5 Pa with varying content of oxygen and nitrogen. Thickness and roughness of the coatings were measured by profilometer. The X-ray diffractometer (XRD) was used for phase analysis of the coatings. Chemical composition was evaluated using X-ray microanalysis (EDS) by means of scanning electron microscopy (SEM). The surface topography was examined using an atomic force microscopy (AFM). Hardness of the coatings was measured by means of nanoindentation. Adhesion was evaluated in microscratch tests and the morphology of the residual scratch was characterized by AFM. Results showed that it was possible to obtain coatings composed of oxynitrides with different stoichiometry. Mechanical properties of the obtained coatings, however, were significantly different from those demonstrated by ALON ceramic. The content of oxygen in the coatings had an influence on the decreasing hardness and Young s modulus and improved adhesion. There was no influence on thickness and roughness but the lowest number of droplets was noticed in the coatings obtained in pure oxygen. Key words: aluminum oxynitride, thin ceramic film, pulsed laser deposition. 1. INTRODUCTION Aluminum oxynitride ceramic, acronym ALON, has been focusing interest since the 1960s [1 3]. It has a cubic crystal structure with a spinel-type lattice (space group: Fd3m) [3 6]. Its general chemical composition is Al (64 + x)/3 2 x N x, where 0 x 8 [7, 8]. The most stable and stoichiometric phase is represented by Al 23 O 27 N 5 (when x = 5) [1]. ALON has excellent mechanical properties with high strength and high hardness [1, 3, 9] being the most important ones. It is a material transparent in a broad spectrum of electromagnetic radiation, for wavelength of 0.1 6.0 µm, i.e. from ultraviolet (UV) to midinfrared (MID-IR) [1, 8 10]. Moreover, ALON is high temperature resistant (melting temperature of 21 C) and corrosion resistant [11]. ALON powders can be obtained by many methods, e.g.: the carbothermal reduction and nitridation of Al 2 (CRN) [11 13], the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) [14], the direct chemical reaction between AlN and Al 2 [2, 15]. All the processes, according to the phase-equilibrium diagram for the Al 2 AlN [16] (Fig. 1), require very high temperature above 1600 C. The obtained ALON powders are sintered [4, 11, 17]. This process is usually multi-stage and long lasting. Moreover, in order to make sintering easier, powder is ground for many hours (even up to 48 h) [2, 11, 15]. High temperature, a long production time and additives lead to increase in the ALON production costs, which seriously limits the commercial use of the material. Furthermore, high temperature of the process reduces the choice of target materials, due to high temperature resistance requirements. There is an extensive research literature available on the production of ALON powders. However, the deposition of aluminum oxynitride layers is still poorly described. There are only few works, which concern such techniques as radio frequency magnetron sputtering [12] and pulsed laser deposition [18]. In our previous work, we have made an attempt to obtain an AlON film by pulsed laser deposition and pulsed electron deposition methods [19]. AlN was used as a target material and oxygen as the background gas for deposition by PLD. In this way, due to high temperature and the presence of oxygen the oxidation of AlN and its conversion to Al 2 can occur [20, 21]. Furthermore, the addition of Al 2 to AlN leads to AlON formation [1]. Our preliminary investigation demonstrated the presence of oxynitrides in the coatings obtained by PED and PLD methods. Technical details of the experiments are presented in previous works [19, 22]. This work presents further research on the subject [19], with the main focus on the influence of oxygen content in reaction atmosphere during pulsed laser deposition on the structure and properties of coatings. 2. EXPERIMENTAL In the experiments, coatings were deposited by means of a PLD system (NEOCERA, Inc. USA). The material ablation was triggered by excimer laser (He/Ne; KrF, λ = 248 nm). The coatings were grown on monocrystalline Si (100) substrates 10 10 mm in size. The Si substrates were ultrasonically cleaned in an acetone bath, rinsed in acetone and isopropyl alcohol and dried in an air flow. A 99% purity aluminium nitride (AlN) bulk disk was used as a target. The target was rotated during the deposition process in order to avoid local overheating and transition to the liquid phase. The distance between the target and the substrate was set at 70 mm. The deposition time corresponded to 30,000 pulses of laser used with a repetition rate of 10 Hz. The film deposition took place at room temperature and pressure of 0.5 Pa with varying content of oxygen and nitrogen. The ratio of oxygen to nitrogen is shown in Table 1. For film thickness and roughness measurements a profilometer (Dektak 6M, Veeco) was used. The thickness was estimated by NR 1/2016 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA MATERIALS ENGINEERING 23

Fig. 1. Phase equilibrium diagram for Al 2 AlN [16] Rys. 1. Układ równowagi Al 2 AlN [16] Table 1. O 2 /N 2 ratio in reactive atmosphere used in deposition process (total pressure of 0.5 Pa) Tabela 1. Proporcje O 2 /N 2 w atmosferze roboczej przy osadzaniu powłok (całkowite ciśnieniu 0,5 Pa) O 2 /N 2 ratio 10:0 8:2 6:4 4:6 2:8 0:10 measuring the step between the coating and an uncoated part of the substrate which remained covered during deposition. Obtained results were used for calculation of deposition rate. The X-ray diffractometer (XRD; X Pert PRO, PANalytical) was used for phase analysis of the coatings. Measurements were done in Bragg-Brentano geometry with radiation using Cu Kα. Chemical composition was evaluated using X-ray microanalysis (EDS/WDS) by means of scanning electron microscopy (microscope SU-70, Hitachi). The surface topography was examined using an atomic force microscopy (AFM; Veeco NanoScope IVa); 5.0 5.0 µm images were obtained in the contact mode. Nanoindentation (NanoIndenter XP, Agilent) was used for hardness measurements. Adhesion of the coatings was evaluated in microscratch tests. Berkovich tip was drawn across the coated surface under progressive load. The following scratch test parameters were used: 200 µm distance length and 100 mn maximum load. The residual scratch morphology was characterized by atomic force microscopy (AFM) techniques (Veeco NanoScope IVa). 3. RESULTS AND DISSCUSION Results of thickness measurements showed that the oxygen content in the deposition gas had no influence on the film thickness (Fig. 2). The coating thickness was in the range from 200 to 300 nm. The calculated value of deposition rate was about 0.009 nm/pulse. Figure 3 demonstrates AFM 5 5 μm 3D images of a film surface topography. The droplets are visible on each of the surface image. However, the smallest number of droplets can be noticed in the case of coating obtained at 100% oxygen content. However, all the film surface topographies look very similar. This observation correlates well with the roughness results presented in Figure 4. The roughness slightly increases with increasing oxygen content, from 8 to 14 16 nm. XRD analysis did not enable to determine the phase composition of the films. No diffraction peaks were registered. It suggests an amorphous-nanocrystalline structure of the coatings. The measurements were additionally hampered because the coatings were very thin. Figure 5 shows the chemical content of the films evaluated by EDS/WDS method. It can be seen that there is a high content of aluminium (about 70 wt %) in each coating. This value is a little bit higher than the aluminium content in the target material (AlN), which equals 65.9 wt %. An increase of oxygen concentration was observed only for oxygen content in the reactive gas within the range 0 40 vol. %. For higher oxygen contents in the atmosphere the oxygen concentration in the coatings remains stable. Moreover, in each coating nitrogen was detected even when pure oxygen was used as a reactive gas. This means that for the given process parameters a complete removal of nitrogen is impossible. Based on the obtained results, the following chemical compositions can be attributed to the coatings obtained at different oxygen volume in the reactive atmospheres: Al 26.5 N 20.3 for 0 vol. % of oxygen, Al 26.6 O 11.7 N 6.7 for 20 vol. % of oxygen, Al 25 27.7 O 14.3 18.1 N 1.7 2.4 for 40 vol. % or more oxygen in the deposition gas. As mentioned above, the aluminium concentration in a coating obtained in pure nitrogen is higher than that in the target material. It suggests a non-stoichiometric transfer of particular target components. There are deficits of nitrogen in the coatings, despite its presence in the working atmosphere. Changes in the atmosphere composition do not influence the process. An amount of both light elements per one aluminium atom is similar and stable in all coatings (Fig. 6). This value is almost twice as low as that in ALON ceramic. In particular, the oxygen content is too low, being two times lower than that in ALON. It suggests that during reactive deposition only the substitution of nitrogen atoms by oxygen atoms takes place. Additionally, no increase of oxygen content in comparison to initial nitrogen content was observed in the coatings. Possibly the reactive atmosphere had no sufficient amount of oxygen and its higher total pressure was required. Thickness [nm] 3 300 2 200 1 100 0 Fig. 2. Coating thickness obtained at varied oxygen content Rys. 2. Grubość powłok osadzonych przy różnej zawartości tlenu w atmosferze roboczej 24 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA MATERIALS ENGINEERING ROK XXXVII

10:0 8:2 6:4 4:6 2:8 0:10 Fig. 3. Surface topography (5 5 µm) of coatings obtained at varied oxygen to nitrogen ratios in reactive atmosphere; AFM Rys. 3. Topografia powierzchni (5 5 µm) powłok otrzymanych przy różnej proporcji tlenu do azotu w atmosferze roboczej; AFM Ra [nm] 20 15 10 5 0 Fig. 4. Coating roughness obtained at varied oxygen content in reactive atmosphere Rys. 4. Chropowatość powłok osadzonych przy różnej zawartości tlenu w atmosferze roboczej 80 70 60 N O 40 Al 30 20 10 0 Element content [%mass] Fig. 5. Chemical composition of coatings obtained at varied oxygen content; EDS/WDS Rys. 5. Skład chemiczny powłok otrzymanych przy różnej zawartości tlenu w atmosferze roboczej; EDS/WDS The results of hardness measurements are shown in Figure 7. It can be observed that the presence of oxygen in the reactive gas has a negative influence on coating hardness. A sudden drop in hardness occurs from 18.6 to 12.2 GPa for 20% oxygen content, and it remains rather stable for a higher oxygen content. Similar relationship can be observed in the results of Young s modulus measurements (Fig. 8). These results correlate well with oxygen content in the coatings (Fig. 5). None of the coatings demonstrated properties similar to those of ALON. The presence of oxygen in reactive atmosphere and in coatings had an important impact on scratch resistance. For all coatings, scratch depths after tests were in the range from 2 to 370 nm. These values significantly exceed coating thickness. This means that the silicon substrate was scratched too. The scratches obtained on coatings deposited in pure nitrogen demonstrate a large number of chips, which appear already after ca. 35 μm from the beginning of the test (Fig. 9a). The cross-section of the scratch shows that coatings delaminate from the substrate. It means that the coatings had very bad adhesion to the silicon substrate. Completely different results were obtained for coatings deposited in atmospheres containing oxygen. Independent of oxygen contents all the scratches look very similar. They are smooth and without chips (Fig. 9b). On NR 1/2016 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA MATERIALS ENGINEERING 25

1.6 powłoki 1.4 AlON 5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Ratio N+O/Al Fig. 6. The total number of oxygen and nitrogen atoms per Al atom in the coatings and in the exemplary ALON with 5 nitrogen atoms; WDS Rys. 6. Łączna liczba atomów tlenu i azotu przypadająca na atom glinu w powłokach i przykładowym ALON-ie o zawartości 5 atomów azotu; WDS Hardness [Gpa] 20 18 16 14 12 10 Fig. 7. Coating hardness obtained at varied oxygen content in reactive atmosphere Rys. 7. Twardość powłok otrzymanych przy różnej zawartości tlenu w atmosferze roboczej Young's modulus [Gpa] 220 210 200 190 180 170 160 1 Fig. 8. Young s modulus of coatings obtained at different oxygen content in reactive atmosphere Rys. 8. Moduł Younga przy różnej zawartości tlenu w atmosferze roboczej the cross-sections no delamination is observed. It correlated well with their mechanical properties. Hard and tough TiN coating is brittle and does not adhere well to the substrate, while softer and more elastic oxynitride coatings much better accumulate the stress during scratch and their adhesion is significantly improved. a) b) Scratch depth [nm] Scratch depth [nm] 4. CONCLUSIONS 1. During the reactive deposition of coatings by PLD method in atmospheres containing different oxygen-to-nitrogen ratios it was possible to obtain coatings composed of oxynitrides with different stoichiometry. However, at given process parameters no ALON-like structures were produced. An amount of oxygen atoms in the coating is two times lower in comparison to ALON s composition. 2. Mechanical properties of oxynitride coatings differed significantly to those demonstrated by ALON ceramic. 3. An increase of oxygen content in reactive atmosphere lead to an increase of oxygen concentration in the coatings, but only up to 40 vol. % of oxygen. Above this value, the concentration of oxygen was stable. 4. The coating had a higher aluminium concentration in comparison to target materials. This means that there was a nonstoichiometric transfer of individual target components. 5. The concentration of oxygen in the coatings had influence on the decreasing hardness and Young s modulus and improved adhesion but there was no influence on thickness and roughness. However, the lowest number of droplets was noticed in coatings obtained in pure oxygen. REFERENCES - -1-2 -3-4 2 1 - -1-2 -3-4 Coating thickness Fig. 9. Top views and cross-sections of coatings obtained at: a) 100% nitrogen, b) 100% oxygen atmospheres; AFM Rys. 9. Obraz rysy wraz z przekrojem poprzecznym powłoki otrzymanej przy: a) 100% zawartości azotu, b) 100% zawartości tlenu w atmosferze roboczej; AFM [1] Liu X. J., Chen F., Zhang F., Zhang H. L., Zhang Z., Wang J., Wang S. W., Huang Z. R.: Hard transparent AlON ceramic for visible/ir windows. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials 39 (2013) 38 43. [2] Xidong W., Fuming W., Wenchao L.: Synthesis, microstructures and properties of g-aluminum oxynitride. Materials Science and Engineering A342 (2003) 245 2. [3] Byeon S. S., Wang K., Jung Y. G., Koo B. H.: Characteristic of AlON Al 2 coatings on Al6061 alloy by electrolytic plasma processing in 26 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA MATERIALS ENGINEERING ROK XXXVII

aluminate and nitride electrolytes. Surface & Coatings Technology 204 (2010) 3196 3199. [4] McCauley J. W.: Aluminum nitride and AlON ceramics, structure and properties. Encyclopedia of materials: Science and technology (2001) 127 132. [5] McCauley J. W., Patel P., Chenb M., Gilde G., Strassburger E., Paliwal B., Ramesh K. T., Dandekar D. P.: AlON: A brief history of its emergence and evolution. Journal of the European Ceramic Society 29 (2009) 223 236. [6] Ish-Shalom M.: Formation of aluminium oxynitride by carbothermal reduction of aluminium oxide in nitrogen. Journal of Materials Science Letters 1 (1982) 147 149. [7] Zhang N., Liang B., Wang X. Y., Kan H. M., Zhu K. W., Zhao X. J.: The pressureless sintering and mechanical properties of AlON ceramic. Materials Science and Engineering 528 (2011) 6259 6262. [8] Li X., Luo J., Zhou Y.: Spark plasma sintering behavior of AlON ceramics doped with different concentrations of Y 2. Journal of the European Ceramic Society 35 (2015) 2027 2032. [9] Hartnett T. M., Bernstein S. D., Maguire E. A., Tustison R. W.: Optical properties of ALON (aluminum oxynitride). Infrared Physics & Technology 39 (1998) 203 211. [10] Goldman L. M., Balasubramanian S., Nagendra N., Smith M.: ALON optical ceramic transparencies for sensor and armor applications. http://www.surmet.com/technology/alon-optical-ceramics/index.php (04.04.2015). [11] Shan Y., Xu J., Wang G., Sun X., Liu G., Xu J., Li J.: A fast pressureless sintering method for transparent AlON ceramics by using a bimodal particle size distribution powder. Ceramics International 41 (2015) 3992 3998. [12] Poyai A., Bunjongpru W., Klunngien N., Porntheerapat S., Hruanan C., Sopitpan S., Nukeaw J.: High-dielectric constant AlON prepared by RF gas-timing sputtering for high capacitance density. Materials Science in Semiconductor Processing 11 (2008) 319 323. [13] Su M., Zhou Y., Wang K., Yang Z., Cao Y., Hong M.: Highly transparent AlON sintered from powder synthesized by direct nitridation. Journal of the European Ceramic Society 35 (2015) 1173 1178. [14] Zheng J., Forslund B.: Carbothermal synthesis of aluminium oxynitride (ALON) powder: Influence of Starting Materials and Synthesis Parameters. Journal of the European Ceramic Society 15 (1995) 1087-1100. [15] Kim Y. W., Park H. C., Lee Y. B., Oh K. D., Stevens R.: Reaction sintering and microstructural development in the system Al 2 AlN. Journal of the European Ceramic Society 21 (2001) 2383 2391. [16] Maghsoudipour A., Bahrevar M. A., Heinrich J. G., Moztarzadeh F.: Reaction sintering of AlN AlON composites. Journal of the European Ceramic Society 25 (2005) 1067 1072. [17] McCauley J. W., Corbin N. D.: High temperature reactions and microstructures in the Al 2 AlN system. Progress in Nitrogen Ceramics 65 (1983) 111 118. [18] Boey F. Y. C., Song X. L., Gu Z. Y., Tok A.: AlON phase formation in a tape-cast Al 2 /AlN composite. Journal of Materials Processing Technology 89-90 (1999) 478 480. [19] Jędrzejewski R., Piwowarczyk J., Kochmański P., Baranowska J.: Charakterystyka powłok z tlenoazotku glinu osadzanych metodą PED i PLD. Inżynieria Materiałowa 6 (2014) 496 499. [20] Zabinski J. S., Hu J. J., Bultman J. E., Pierce N. A., Voevodin A. A.: Stoichiometry and characterization of aluminum oxynitride thin films grown by ion-beam-assisted PLD. Thin Solid Films 516 (2008) 6215 6219. [21] Maghsoudipour A., Moztarzadeh F., Saremi M., Heinrich J. G.: Oxidation behavior of AlN Al 2 composites. Ceramics International 30 (2004) 773 783. [22] Jędrzejewski R., Baranowska J., Bańczerowska P.: Kinetyka wzrostu powłok Al 2 osadzanych metodą PED i PLD. Inżynieria Materiałowa 5 (2013) 463 466. NR 1/2016 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA MATERIALS ENGINEERING 27

Inżynieria Materiałowa 1 (209) (2016) 23 28 DOI 10.15199/28.2016.1.4 Copyright SIGMA-NOT MATERIALS ENGINEERING Wpływ składu atmosfery na budowę i właściwości powłok z tlenoazotku glinu otrzymanych metodą PLD Joanna Piwowarczyk *, Roman Jędrzejewski, Jolanta Baranowska Instytut Inżynierii Materiałowej, Zachodnipomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, * Joanna.Piwowarczyk@zut.edu.pl Słowa kluczowe: tlenoazotek glinu, cienkie warstwy ceramiczne, pulsacyjna ablacja laserowa. 1. CEL PRACY Celem pracy było zbadanie wpływu zawartości tlenu w atmosferze roboczej na budowę i właściwości powłok z tlenoazotku glinu osadzanych metodą pulsacyjnej ablacji laserowej (PLD). 2. MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ Powłoki otrzymano metodą pulsacyjnej ablacji laserowej (PLD) za pomocą lasera excimerowego gaz KrF w He/Ne, o długości fali 248 nm. Monokryształ krzemu (100) o wymiarach 10 10 mm wykorzystano jako podłoże. Jako targetu użyto polikrystalicznego azotku glinu (AlN) o czystości 99%. Powłoki były osadzane w temperaturze pokojowej pod ciśnieniem całkowitym 0,5 Pa w atmosferze o różnej zawartości tlenu i azotu (tab. 1). Grubość i chropowatość powłok została zmierzona na profilometrze stykowym. Topografię powierzchni powłok zobrazowano za pomocą mikroskopu sił atomowych (AFM). Skład fazowy badano metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD). Skład chemiczny powłok określono metodą dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego (SEM, EDS/WDS). Przeprowadzono próbę zarysowania i oznaczono twardość powłok na nanoindenterze. Obrazy i przekroje powstałych rys badano za pomocą mikroskopu sił atomowych AFM. 3. WYNIKI I ICH DYSKUSJA Wyniki wskazują, że udział tlenu w atmosferze roboczej nie wpływa na grubość otrzymanych powłok. Dla wszystkich powłok mieściła się ona w zakresie 200 300 nm (rys. 2). Na wszystkich powłokach są widoczne krople, jednak najmniejszą ich liczbę można zaobserwować w przypadku powłoki otrzymanej przy 100% zawartości tlenu w atmosferze roboczej. Wszystkie powłoki mają podobną topografię powierzchni (rys. 3). Chropowatość powłok zwiększała się nieznacznie w zakresie od 8 do 14 16 nm ze wzrostem udziału tlenu w atmosferze (rys. 4). Badania dyfrakcyjne nie pozwoliły na określenie budowy fazowej otrzymanych powłok. Nie stwierdzono żadnych refleksów dyfrakcyjnych. Wskazuje to na amorficzo-nanokrystaliczą budowę powłok. We wszystkich otrzymanych powłokach stwierdzono znaczną zawartość aluminium (ok. 70% mas.). Jest to zawartość nieco większa niż zawartość Al w targecie (rys. 5). Ponadto zaobserwowano, że wraz ze zwiększeniem zawartości tlenu w atmosferze roboczej wzrasta udział tlenu w powłoce, ale tylko do zawartości 40% objętościowych tlenu w atmosferze. Powyżej tej wartości zawartość tlenu w powłoce ustala się na stałym poziomie. Odnotowano również obecność azotu we wszystkich powłokach, nawet dla atmosfery 100% tlenu, co oznacza, że przy przyjętych parametrach osadzania nie można wyprzeć azotu w całości z materiału targetu. Obserwowana zawartość aluminium w powłoce otrzymanej przy 100% zawartości azotu w atmosferze roboczej jest większa niż w targecie, co wskazuje na niestechiometryczne przenoszenie poszczególnych jego składników. Pomimo stosowania atmosfery azotowej występuje deficyt tego pierwiastka w powłoce. Zawartość obu lekkich pierwiastków przypadająca na jeden atom aluminium pozostaje na zbliżonym poziomie we wszystkich otrzymanych powłokach (rys. 6). Jest ona prawie dwukrotnie mniejsza niż proporcja występująca w ALON-ie. Sugeruje to, iż podczas osadzania zwiększenie udziału tlenu powoduje tylko zastąpienie w powłoce w większym stopniu atomów azotu atomami tlenu, nie obserwuje się natomiast wzrostu jego zwartości w stosunku do atomów aluminium. Porównując skład chemiczny otrzymanych powłok w odniesieniu do tej występującej w ALON-ie, można zauważyć, że tlenu jest prawie dwukrotnie za mało (rys. 6). Analiza wyników badań mechanicznych wskazuje, że obecność tlenu w atmosferze roboczej znacząco zmniejszyła twardość powłok, która spadła z 18,6 do 12,2 GPa przy 20% tlenu oraz ustabilizowała się na poziomie ok. 11,6 GPa przy dalszym jego zwiększeniu w atmosferze (rys. 7). Odpowiada to obserwowanej zmianie zwartości tlenu w powłoce (rys. 5). Podobną zależność można zaobserwować dla modułu Younga (rys. 8). Analiza powłok po próbach zarysowania pokazuje znaczne różnice w wyglądzie rysy dla powłoki otrzymanej przy 100% zawartości azotu w atmosferze osadzania w porównaniu z rysami otrzymanymi na powłokach osadzanych w atmosferze zawierającej tlen (rys. 9). Na obrazie tej powłoki są widoczne liczne odpryski, świadczące o słabej przyczepności do podłoża, która może być wynikiem większej twardości tej powłoki, a więc mniejszej zdolności do akomodacji naprężeń. W przypadku pozostałych powłok wszystkie rysy mają podobny wygląd: są gładkie, bez odprysków, co jest najprawdopodobniej wynikiem znacznie mniejszej twardości tych powłok. Wyniki badań mechanicznych potwierdzają, że nie otrzymano w efekcie osadzania tlenoazotku o strukturze ALON-u. 4. PODSUMOWANIE Zastosowane parametry pozwoliły na otrzymanie powłok z tlenoazotku glinu, ale o odmiennej stechiometrii i właściwościach niż ALON. Powłoki wykazywały zbyt dużą zawartość glinu w porównaniu z łączną zawartością tlenu i azotu oraz zbyt małą zawartość tlenu w odniesieniu do azotu i charakteryzowały się znacznie mniejszą twardością. Zwiększenie zawartości tlenu w atmosferze powodowało wzrost udziału tlenu w powłoce, ale tylko do zawartości 40% obj. tlenu w atmosferze reaktywnej. Powyżej tej wartości zawartość tlenu w powłoce ustaliła się na zbliżonym poziomie. Zawartość tlenu w powłoce wpłynęła na zmniejszenie jej twardości i modułu Younga, ale poprawiła przyczepność. Nie stwierdzono wpływu udziału tlenu w atmosferze roboczej na grubość i chropowatość otrzymanych powłok. Najmniejszą liczbę kropli otrzymano w atmosferze reaktywnej 100% tlenu. 28 INŻYNIERIA MATERIAŁOWA MATERIALS ENGINEERING ROK XXXVII