10.14489/td.2025.12.pp.077-088

2025, 12 декабрь (December)

DOI: 10.14489/td.2025.12.pp.077-088

Тополянский П. А., Ермаков С. А., Тополянский А. П.
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ
(с. 77-88)

Аннотация. Рассмотрены разрушающие и неразрушающие методы определения толщины неметаллических тонкопленочных покрытий (в дальнейшем покрытий): интерференционный, эллипсометрический, профилометрический, калотестирования, микроскопический, аппроксимации диэлектрических свойств. Приведена их методология и примеры использования для стекло-керамических и алмазоподобных покрытий, наносимых гибридной технологией реактивного осаждения с активацией атмосферной плазмой (APARD). Этот метод объединяет преимущества химического и физического осаждения покрытий из паровой фазы (PVD/CVD) с процессами активации холодной атмосферной плазмы (CAP), обеспечивая нанесение при атмосферном давлении функциональных покрытий толщиной от 100 нм до 3 мкм. Осаждение покрытий данным методом осуществляется на площадь круга в режиме без перемещения, а в режиме с перемещением ‒ на площадь прямоугольной полосы. В обоих вариантах покрытие имеет переменную толщину по площади нанесения. В зависимости от метода измерения понятие «толщина покрытия» интерпретируется по-разному ‒ в конкретной точке, в заданной области, между средними линиями.

Ключевые слова: толщина покрытия, тонкопленочные покрытия, нанопокрытия, осаждение покрытия, нанесение покрытия, упрочнение, калотестирование.

Topolianskii P. A., Ermakov S. A., Topolianskii A. P.
METHODS OF MEASURING THE THICKNESS OF THIN-FILM COATINGS
(pp. 77-88)

Abstract. The article examines destructive and non-destructive methods for determining the thickness of non-metallic thin-film coatings (hereinafter referred to as coatings): interference, ellipsometric, profilometric, calotesting, microscopic, and approximation of dielectric properties. The paper presents their methodology and application examples for glass-ceramic and diamond-like coatings deposited by the hybrid technology of reactive atmospheric plasma-activated deposition (APARD). This process combines the advantages of chemical and physical vapor deposition (PVD/CVD) with cold atmospheric plasma (CAP) processes, providing atmospheric pressure deposition of functional coatings with a thickness of 100 nm to 3 μm. Coatings are deposited by this method on a circle area in the non-moving mode, and on a rectangular strip area in the moving mode. In both cases, the coating has a variable thickness over the application area. Depending on the measurement method, the concept of “coating thickness” is interpreted differently ‒ at a specific point, in a given area, between the midlines.

Keywords: coating thickness, thin-film coatings, nanocoatings, coating deposition, coating application, hardening, calotesting.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

П. А. Тополянский (ООО «Плазмацентр», Санкт-Петербург, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
С. А. Ермаков (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. П. Тополянский (ООО «Плазмацентр», Санкт-Петербург, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

P. A. Topolianskii (Plasmacentre Ltd, St. Petersburg, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
S. A. Ermakov (Peter the Great St. Petersburg University, St. Petersburg, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. P. Topolianskii (Plasmacentre Ltd, St. Petersburg, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Pawlowski L. Physical Deposition Methods for Films and Coatings. N.Y.: Wiley, 2025. 432 p. DOI: 10.1002/9781119713128
2. Awan T. I., Afsheen S., Kausar S. Thin Film Deposition Techniques. Thin Film Deposition Techniques and its Applications in Different Fields. Springer, 2025. DOI: 10.1007/978-981-96-1364-9
3. Chen Z., Wirz R. E. Cold Atmospheric Plasma (CAP). Technology and Applications (Synthesis Lectures on Mechanical Engineering). Springer, 2021. DOI: 10.1007/978-3-031-79701-9_2
4. Bruggeman P. J., Kong M. G., Brandenburg R. Cold Atmospheric Plasma: A Promising Technology for Industrial Applications // Plasma Sources Science and Technology. 2017. Vol. 26. DOI: 10.1088/1361-6595/ac1234
5. Соснин Н. А., Ермаков С. А., Тополянский П. А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. 406 с.
6. Spectroscopic Data for Optical Materials (NIST SRM 2034) // CIE 015:2018. Colorimetry. 4th Ed. 2018. 113 p. DOI: 10.25039/TR.015.2018
7. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. М.: Академия, 2008. 720 с.
8. Fujiwara Н. Ellipsometry // Handbook of Optical Metrology: Principles and Applications / ed. Т. Yoshizawa. Boca Raton: CRC Press, 2015. 919 p.
9. Тополянский П. А., Тополянский А. П., Соснин Н. А., Ермаков С. А. Выбор оптимальной толщины покрытия при финишном плазменном упрочнении // Металлообработка. 2010. № 3. С. 44 ‒ 50.
10. Канаев А. Т., Тополянский П. А., Ермаков С. А., Тополянский А. П. Сертификация материалов и покрытий по параметрам микроабразивного изнашивания // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина. 2017. № 2(93). С. 111 ‒ 119.
11. Приборы контроля. URL: https://www.plasmacentre.ru/oborudovanie/priboryi-kontrolya
12. Суслов А. Г., Дальский А. М. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 2002. 684 с.
13. Тополянский П. А. Испытания покрытий металлорежущего инструмента на микроабразивное изнашивание // Станочный парк. 2017. № 3. С. 21 ‒ 24.
14. Калмыков А. В., Тополянский П. А. Исследование электрических характеристик тонких кремнийуглеродосодержащих покрытий // Дефектоскопия. 2003. № 10. С. 38 ‒ 44.
15. Тополянский П. А., Ермаков С. А., Тополянский А. П. Точность и достоверность измерений газоаналитических комплексов за счет нанесения инертного покрытия на элементы газового тракта // Контроль. Диагностика. 2021. Т. 24, № 5. С. 4 ‒ 13.

Eng

1. Pawlowski, L. (2025). Physical deposition methods for films and coatings. Wiley. https://doi.org/10.1002/9781119713128
2. Awan, T. I., Afsheen, S., & Kausar, S. (2025). Thin film deposition techniques: Thin film deposition techniques and its applications in different fields. Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-96-1364-9
3. Chen, Z., & Wirz, R. E. (2021). Cold atmospheric plasma (CAP): Technology and applications. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-79701-9_2
4. Bruggeman, P. J., Kong, M. G., & Brandenburg, R. (2017). Cold atmospheric plasma: A promising technology for industrial applications. Plasma Sources Science and Technology, 26.
5. Sosnin, N. A., Ermakov, S. A., & Topolyansky, P. A. (2013). Plazmennye tekhnologii [Plasma technologies]. Izdatel'stvo Politekhnicheskogo Universiteta. [in Russian language]
6. International Commission on Illumination. (2018). CIE 015:2018 colorimetry (4th ed.). https://doi.org/10.25039/TR.015.2018
7. Detlaf, A. A., & Yavorsky, B. M. (2008). Physics course. Akademiya. [in Russian language]
8. Fujiwara, H. (2015). Ellipsometry. In T. Yoshizawa (Ed.), Handbook of optical metrology: Principles and applications (pp. 919). CRC Press.
9. Topolyansky, P. A., Topolyansky, A. P., Sosnin, N. A., & Ermakov, S. A. (2010). Selection of the optimal coating thickness during final plasma hardening. Metalloobrabotka, (3), 44–50. [in Russian language]
10. Kanaev, A. T., Topolyansky, P. A., Ermakov, S. A., & Topolyansky, A. P. (2017). Certification of materials and coatings based on micro-abrasive wear parameters. Vestnik Nauki Kazakhskogo Agrotekhnicheskogo Universiteta im. S. Seifullina, (2(93)), 111–119. [in Russian language]
11. Plasmacentre.ru. (n.d.). Control instruments. Retrieved from https://www.plasmacentre.ru/oborudovanie/priboryi-kontrolya [in Russian language]
12. Suslov, A. G., & Dalsky, A. M. (2002). Nauchnye osnovy tekhnologii mashinostroeniya [Scientific foundations of mechanical engineering technology]. Mashinostroenie. [in Russian language]
13. Topolyansky, P. A. (2017). Testing of metal-cutting tool coatings for micro-abrasive wear. Stanochnyi Park, (3), 21–24. [in Russian language]
14. Kalmykov, A. V., & Topolyansky, P. A. (2003). Study of the electrical characteristics of thin silicon-carbon coatings. Defektoskopiya, (10), 38–44. [in Russian language]
15. Topolyansky, P. A., Ermakov, S. A., & Topolyansky, A. P. (2021). Accuracy and reliability of measurements of gas analytical complexes by applying an inert coating to the elements of the gas path. Kontrol. Diagnostika, 24(5), 4–13. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2021.05.pp.004-013

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/td.2025.12.pp.077-088

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/td.2025.12.pp.077-088

and fill out the form