Resumen

Se simularon estructuras del SiN y TiN utilizando Teoría de Funcionales De Densidad (DFT), con el fin de estudiar la influencia de la inserción de átomos de Si en la estructura del TiN en posiciones intersticiales y sustitucionales de una red cristalina cúbica centrada en las caras (FCC). Los resultados mostraron que la estructura SiN-FCC es pseudo estable, mientras que la estructura tetragonal es estable, con comportamiento cerámico. La Estructura del TiN-FCC es estable con un comportamiento cerámico similar al del SiN-tetragonal. La inserción de 21 % de átomos de Si en posiciones intersticiales, el material mostró alta deformación inducida, alta polarización y formación de enlaces Si-N, indicadores de una transición amorfa que podría producir un compuesto formado por granos o nanogramos de TiN embebidos en una matriz amorfa de Si-N. Mientras que al incluir 21 % de Si sustituyendo átomos de Titanio, se observó una distribución más es-table, que puede producir diferentes fases del compuesto estequiométrico Ti1-xSixNy.

1 INTRODUCCIÓN

Las estructuras basadas en el titanio han sido ampliamente estudiadas especialmente en aplicaciones de recubrimientos duros, por ejemplo tanto los nitruros (T iN ) como los carburos (T iC) o la combinación denominada carbo-nitruro (TiCN ). Estos recubrimientos están de- pendidos en sustratos comerciales, debido a sus excelentes ca- racterísticas estructurales, propiedades mecánicas y tribológicas [1],[2],[3],[4],[5], pero la alta reactividad y la baja resistencia a la oxidación limitan sus aplicaciones industriales en entornos de altas temperaturas (>500 ◦C). La adición de diferentes átomos en la red de TiN ha demostrado ser un buen método para mejorar la dureza y la resistencia a la oxidación. Este tipo de estructuras puede obtenerse mediante diferentes técnicas de deposición como el sputtering de magnetrón o el arco ca- tódico [5],[6],[7],[8]. La dureza y la resistencia a la oxidación aumentan cuando se añade silicio al nitruro de titanio, debido a la formación de TiN nano-cristalino/amorfo Si₃N₄ con estructura nanocompuesta (nanocristales de T iN incrustados en una fina matriz de nitruro de silicio), de modo que los dislocaciones en el nanocristal no pueden propagarse a través del nitruro de silicio sobre el límite de grano. Las grietas que se forman en la matriz amorfa quedan ancladas en el límite de los nanocristales de nitruro de titanio, por lo que es necesaria una alta resistencia para producir la deformación o el fallo, alcanzando una dureza y un módulo joven de hasta 45 Gpa y 400 Gpa respectivamente [8],[9],[10]. Estudios experimentales y teóricos anteriores postularon que la estabilidad del sistema Ti-Si-N se ve afectada por el porcentaje atómico de Si y la presencia de fases mixtas, reportadas como compuestos tardíos en el proceso de deposición o por la inmiscibilidad inherente del sistema como Ti-Si - N (O) y T i/Si₃N₄ [11],[12],[13].

• Materias:Materiales de recubrimiento Estructura molecular Dinámica molecular Películas delgadas Silicio
• Subjects:Coating materials Molecular structure Molecular dynamics Películas delgadas Silicon
• Palabras claves:Teoría de funcionales de densidad; Estructura cristalina; Silicio; Películas delgadas; Recubrimiento.
• Keywords:Density functional theory; Crystalline structure; Nano-composite; Silicon; Thin films; Coatings