Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.39
no.3
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pp.110-114
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2006
In this work, comparative studies on microstructure and mechanical properties between $Mo_2N$ and Mo-Si-N coatings were conducted. Ternary Mo-Si-N coatings were deposited on AISI D2 steel substrates by a hybrid method, where AIP technique was combined with a magnetron sputtering technique. Instrumental analyses of XRD, HRTEM, and XPS revealed that the Mo-Si-N coatings must be a composite consisting of fine $Mo_2N$ crystallites and amorphous $Si_3N_4$. The hardness value of Mo-Si-N coatings significantly increased from 22 GPa of $Mo_2N$ coatings to about 37 GPa with Si content of 10 at.% due to the refinement of $Mo_2N$ crystallites and the composite microstructure characteristics. The average friction coefficient of the Mo-Si-N coatings gradually decreased from 0.65 to 0.4 with increasing Si content up to 15 at.%. The effects of Si content on microstructure and mechanical properties of Mo-N coatings were systematically investigated.
Screen printable $MoSi_2$ paste and its ceramic sheet heater were investigated. $MoSi_2$ powder without $Mo_5Si_3$ second phase, which causes so-called pest phenomena, was synthesized by SHS technique. Over glaze was also developed for preventing pest phenomenon. The maximum temperature of $MoSi_2$ ceramic heater was over $500^{\circ}C$. After several heat up and cooling cycle, the $MoSi_2$ heater reveals pest phenomenon. Conductive $MoSi_2$ paste could be used in electronic ceramics, i.e., MLCC, LTCC, HTCC, and etc.
$Mo_xW_{1-x}Si_2$ heaters were fabricated by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) process and post sintering process. To validate the reliability of the $Mo_xW_{1-x}Si_2$ heaters, the accelerated life test (ALT) was conducted, and then lifetime to $Mo_xW_{1-x}Si_2$ heaters was estimated by using Minitab programs. Also, the failure analysis of $Mo_xW_{1-x}Si_2$ heaters after ALT was performed through electrical and structural properties. As the results, it was confirmed that the dominant failure mode of $Mo_xW_{1-x}Si_2$ heaters is the crack formation in heaters and the delamination of protective $SiO_2$ layers.
The thermodynamical estimation of the interfacial reaction and the impact properties of $Nb/MoSi_2$ laminate composites containing SiC, $NbSi_2$ or $ZrO_2$ particles are investigated. Laminate composites, which comprise alternating layers of $MoSi_2$ with the particle and Nb foil, were fabricated by the hot press process. It is clearly found out that the interfacial reaction of $Nb/MoSi_2$ can be controlled by the addition of $ZrO_2$ particle to the $MoSi_2$ phase. The addition of $ZrO_2$ particle increases both the impact value and the sintered density of Nb/McSij, The suppression of the interfacial reaction is caused by the formation of $ZrSiO_2$ in $MoSi_2-ZrO_2$ matrix mixture.
The current concern about these materials ($MoSi_2$ and $NbSi_2$) focuses on their low fracture toughness below the ductile-brittle transition temperature. To improve the mechanical properties of these materials, the fabrication of nanostructured and composite materials has been found to be effective. Nanomaterials frequently possess high strength, high hardness, excellent ductility and toughness, and more attention is being paid to their potential application. In this study, nanopowders of Mo, Nb, and Si were fabricated by high-energy ball milling. A dense nanostructured $MoSi_2-NbSi_2$ composite was simultaneously synthesized and sintered within two minutes by high-frequency induction heating method using mechanically activated powders of Mo, Nb, and Si. The high-density $MoSi_2-NbSi_2$ composite was produced under simultaneous application of 80MPa pressure and an induced current. The sintering behavior, mechanical properties, and microstructure of the composite were investigated. The average hardness and fracture toughness values obtained were $1180kg/mm^2$ and $3MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively. These fracture toughness and hardness values of the nanostructured $MoSi_2-NbSi_2$ composite are higher than those of monolithic $MoSi_2$ or $NbSi_2$.
Kim, Ji-Hyung;Lee, Yong-Hyuk;Kwon, Yong-Sung;Yeom, Geun-Young;Song, Jong-Han
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.29
no.6
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pp.683-690
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1996
In this study, the diffusion barrier properties of $1000 \AA$ thick molybdenum compounds (Mo, Mo-N, $MoSi_2$, Mo-Si-N) were investigated using sheet resistance measurements, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Scanning electron microscopy (SEM), and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Each barrier material was deposited by the dc magnetron sputtering, and annealed at 300-$800^{\circ}C$ for 30min in vacuum. Mo and $MoSi_2$ barrier were failed at low temperature due to Cu diffusion through grain bound-aries and defects of Mo thin film and the reaction of Cu with Si within $MoSi_2$ respectively. A failure temperature could be raised to $650^{\circ}C$-30min in the Mo barrier system and to $700^{\circ}C$-30min in the Mo-silicide system by replacing Mo and $MoSi_2$ with Mo-N and Mo-Si-N, respectively. The crystallization temperature in the Mo-silicide film was raised by the addition of $N_2$. It is considered that not only the N, stuffing effect but also the variation of crystallization temperature affects the reaction of Cu with Si within Mo-silicide. It was found that Mo-Si-N is more effective barrier than Mo, $MoSi_2$, or Mo-N to copper penetration preventing Cu reaction with the substrate for 30min at a temperature higher than $650^{\circ}C$.
Nanopowders of Mo, Ta and Si were made by high-energy ball milling. A dense nanostructured $MoSi_2-TaSi_2$ composite was sintered by the high-frequency induction heated combustion method within 2 minutes from mechanically activated powder of Mo, Ta and Si. A highly dense $MoSi_2-TaSi_2$ composite was produced under simultaneous application of a 80 MPa pressure and the induced current. Mechanical properties and microstucture were investigated. The hardness and fracture toughness of the $MoSi_2-TaSi_2$ composite were $1200kg/mm^2$ and $3.5MPa.m^{1/2}$, respectively. The mechanical properties were higher than those of monolithic $MoSi_2$.
In order to investigate the behavior of $SiO_2$ in the molybdenum silicide powders, crystal structure of these powders was measured by XRD, in addition, surface composition and surface phase (or chemical states) and microstructure were analysed by XPS and TEM, respectively. Mo-silicide powders containing $SiO_2$ were synthesized by SHS (Self-Propagating High-Temperature Synthesis) technique. In XRD result, according to increase of $SiO_2$ contents, the crystal structure for synthesized $MoSi_2$ powders was still typical $MoSi_2$ bct without any other phases. By XPS analysis, the surface of Mo and Si source powders was covered with $MoO_3$ and $SiO_2$, respectively, and the surface of synthesized $MoSi_2$ powder was also covered with $MoO_3$ and $SiO_2$, which were stable oxides at room temperature. However, according to increase of $SiO_2$ addition, $MoSi_2$ phase in XPS spectra decreased and $SiO_2$ phase increased relatively in synthesized $MoSi_2$ powders. From the results by XPS and XRD, we found that the existent $SiO_2$ has amorphous structure. In the microstructure, the small particulates of the synthesized products added $SiO_2$ agglomerated together to form larger clusters (from ~10 nm to ~1 ${\mu}m$). From TEM, XPS, and XRD results, we found that the out layer of agglomeration of synthesized $MoSi_2$ powder is surrounded by amorphous $SiO_2$.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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v.28A
no.1
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pp.85-90
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1991
MoSi$_2$ was formed by RTA (Rapid Thermal Annealing at 600-1200$^{\circ}C$) under Ar ambient from the Mo-Si mixture film which was deposited on single and poly-Si substrates. The MoSi$_2$ film was investigated by SEM, X-ray diffractometer, four-points probe and AES profile. It was found that the resistivity, the surface roughness, and the formation temperature of MoSi$_2$ were independent on the type of Si substrates. The formation of MoSi$_2$ started from 800$^{\circ}C$ and the phse transformation was completed at 1000$^{\circ}C$. The stable MoSi$_2$ with the resistivity of 74${\mu}{\Omega}$-cm was formed at 1200$^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.6
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pp.1047-1052
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2002
The impact value, the interfacial shear strength, the tensile strength and the fracture strain of Nb/MoSi$_2$laminate composites, which were associated with the interfacial reaction layer, have been investigated. Three types of Nb/MoSi$_2$ laminate composites alternating sintered MoSi$_2$ layers and Nb foils were fabricated as the parameter of hot press temperature. The thickness of interfacial reaction layer of Nb/MoSi$_2$ laminate composites increased with increasing the fabrication temperature. The growth of interfacial reaction layer increased the interfacial shear strength and led to the decrease of impact value in Nb/MoSi$_2$ laminate composites. It was also found that in order to maximize the fracture energy of Nb/MoSi$_2$ laminate composites, interfacial shear strength and the thickness of interfacial reaction layer must be secured appropriately.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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