تساعد تقنية الطلاء الواقي الجديدة على إطالة عمر المكونات الموصلة للكهرباء

غالبًا ما تستخدم تصميمات المجمعات الحالية المستخدمة في الصناعة والحياة اليومية لنقل الكهرباء والإشارات أزواجًا من المعدن إلى المعدن، على وجه الخصوص، النحاس والذهب والبلاتين. العيب الرئيسي للذهب والبلاتين هو تكلفتها العالية. بالإضافة إلى ذلك، فإن جميع المعادن المدرجة عرضة للتآكل في منطقة الاتصال لعنصرين موصلين. تكون هذه العملية مصحوبة بارتفاع درجة الحرارة المحلية، مما يؤدي في النهاية إلى تثبيت المادة اللاصقة وتمزيق مادة العنصر الموصل. لحماية المنتج من التآكل الميكانيكي، يتم تطبيق طبقات رقيقة من السيراميك والمعدن على السطح، والتي تتميز بالصلابة العالية والتوصيل الكهربائي على مستوى النحاس النقي. ومع ذلك، فإن مثل هذه الطلاءات لها التصاق ضعيف بالركائز النحاسية النقية، والتي تحتوي على LCTE مختلفة، مما يؤدي إلى ترسب غير متساوٍ. “السبب هو أن طلاء نيتريد النحاس والتيتانيوم لهما فرق كبير في LCTE ويتفاعلان بشكل مختلف مع التغيرات في درجات الحرارة: فهما يتوسعان ويتقلصان بمعدلات مختلفة أثناء الترسيب. ونتيجة لذلك، يؤدي هذا إلى انقطاع الطلاء. ولا يمكن استخدام مثل هذه الطلاءات كطبقات وقائية،” يوضح دكتوراه. ديمتري بيلوف، المهندس الرئيسي للمشروع العلمي لقسم أنظمة النانو الوظيفية والمواد عالية الحرارة في NUST MISIS. الأساليب الحالية، مثل زيادة خشونة السطح واستخدام الطبقات المتوسطة، لا توفر دائمًا نتائج مستقرة ويمكن أن تؤدي إلى تفاقم خصائص أداء المنتجات. اقترح باحثو NUST MISIS حلين بديلين لهذه المشكلة وقارنوا فعاليتهما. الطريقة الأولى هي تغيير تركيبة الطبقة الواقية بحيث تتفاعل عند تسخينها بنفس طريقة تفاعل الركيزة المعدنية نفسها تقريبًا، مما يزيد من محتوى المكون المعدني في تركيبة الطبقة. وهذا يجعل من الممكن تقليل الفرق في LCTE بين الطلاء والركيزة. ومع ذلك، في هذه الحالة، يصبح الطلاء أكثر من البلاستيك وأقل مقاومة للاهتراء. تتضمن الطريقة الثانية المعالجة المسبقة للركيزة النحاسية باستخدام الحركة النشطة لشعاع نابض قوي من أيونات التيتانيوم. ونتيجة لذلك، تتغير الطبقة الرقيقة القريبة من السطح على المستوى الهيكلي: يتم تشكيل منطقة انتقالية، مما يوفر التصاق أقوى للطلاء بالقاعدة، حيث يتم تشكيل “نقاط النمو” للطلاء المستقبلي. ويمكن الاطلاع على النتائج التفصيلية للدراسة في المجلة العلمية رسائل المواد (Q2). “أكد تحليل البنية المجهرية وتوزيع العناصر تكوين طبقة سطحية معدلة تصل سماكتها إلى عدة عشرات من النانومترات، حيث يذوب التيتانيوم جزئيًا في النحاس. وهذا يساعد على تحسين تفاعل الانتشار بين الطلاء والركيزة،” قال دكتوراه. ألكسندر ديميروف، محاضر أول في قسم أنظمة النانو الوظيفية والمواد ذات درجة الحرارة العالية في NUST MISIS. في المستقبل، سيؤدي النهج المقترح إلى زيادة كبيرة في عمر خدمة المكونات الموصلة للكهرباء الخاضعة للاحتكاك المستمر والتسخين. تم دعم هذا العمل بمنحة من مؤسسة العلوم الروسية (رقم 24-23-20166).