Автореферат диссертации (Воздействие высокотемпературной импульсной плазмы на физико-механические свойства композиционных структур), страница 4

В то же время, значение проективного пробега ионовдейтерия с максимальной энергией в импульсе дейтериевой плазмы ED = 10 кэВ втитане, рассчитанное с помощью программы SRIM, составляет RpTi = 1119 ± 647 Å.Таким образом, в данных экспериментальных условиях имеет место эффектдальнодействия – значительное превышение глубины проникновения атомовдейтерия в титане по сравнению с теоретически рассчитанной. Такой же эффектобнаружен нами для облученных образцов Zr, W, Ta, Nb. Для ионов дейтерия в10цирконии максимальная глубина проникновения составила 7730 Å, при этом рассчитанное значение составляет RpZr = 875 ± 647 Å.

Для ионов дейтерия ввольфраме максимальная глубина проникновения составила 4560 Å, при этомрассчитанное значение составляет RpW = 606 ± 309 Å. Для ионов дейтерия втантале максимальная глубина проникновения составила 6700 Å, при этомрассчитанное значение составляет RpTa = 500 ± 610 Å. Для ионов дейтерия вниобии максимальная глубина проникновения составила 7200 Å, при этомрассчитанное значение составляет RpNb = 684 ± 535 Å.Таблица 1. Распределение элементов с облученнойстороны титановой фольги, число импульсовдейтериевой плазмы n = 15Глубина, Глубина,H, D, O, Ti, Fe, Zn, Pb,×1015нм% % % %% % %ат./см2150275,0 1,0 3,5 70,0 14,0 5,0 1,5350611,5 1,0 ― 76,0 15,0 5,0 1,56501111,2 1,4 ― 74,9 16,0 5,0 1,510501781,2 1,7 ― 73,6 17,0 5,0 1,5Рис.

7. ERDA спектр об15502611,1 1,7 ― 73,7 17,0 5,0 1,5лученной стороны тита20503441,0 0,8 ― 74,7 17,0 5,0 1,5новой фольги, число им30505081,0 0,5 ― 75,0 17,0 5,0 1,5пульсов дейтериевой4950817― ― ― 76,5 17,0 5,0 1,5плазмы n = 15Помимо дейтерия в фольгах присутствовал, как можно видеть изпредставленных на Рис. 7 и в Таблице 1 данных, в качестве газовой примесиводород, перераспределение которого также характеризует процессы переносалегких примесей по толщине фольги. При этом глубины проникновения длядейтерия, внедренного из дейтериевой плазмы при облучении, и водорода,содержащегося в образцах в качестве примеси и перераспределенного в результатеоблучения, оказались сравнимыми в случае циркониевых и титановых фольг.Обнаруженное явление сверхглубокого проникновения дейтерия, а также иводорода объяснено нами одновременным протеканием двух процессов: воздействием мощных ударных волн на перераспределение водорода и дейтерия спереносом их, как легких и слабосвязанных примесей, на большие глубины иускоренной диффузией примесных газовых атомов под действием внешнейдвижущей силы F.

Законы Фика для потока частиц J записываются в виде:(2)J   D C ( R)  K  V ,FC ( R) DC ( R)  K   VtF,(3)где D – коэффициент диффузии газовых атомов, C – их концентрация, – средняяглубина проникновения газовых атомов, F – внешняя движущая сила, придающаякаждому атому среднюю дополнительную скорость V F , К – коэффициентпропорциональности. Средняя дополнительная скорость каждого атома V F ,11предположительно, может быть сопоставлена со скоростью распространения ударной волны. Известно, что при мощном импульсном воздействии (в данном случае– это воздействие мощных импульсов плазмы) в материале возникает ираспространяется упругая волна, которая на определенной глубине RE-S,зависящей от типа материала и плотности мощности действующего плазменногоимпульса, трансформируется в ударную волну с крутым передним фронтом волнысжатия и волной разрежения за фронтом ударной волны.

Поэтому на относительнонебольших глубинах R < RE-S легкие несвязанные в химическую связь и (или)слабо связанные примесные атомы приобретают дополнительную скорость V F ,значение которой, вероятно, можно сопоставить со скоростями объемнойпродольной V|| или поперечной V упругих волн.Пятая глава посвящена описанию экспериментов по созданию сплавов изтермодинамическинесмешивающихсякомпонентовсиспользованиемвоздействия высокотемпературной импульсной плазмы.Схема облучения была аналогична изображенной на Рис.

1, при этом мишенью служила медная пластина, а анодный узел плазменной установки был изготовлен целиком из меди. Устанавливаемая между мишенью и анодом распыляемая диафрагма была из ниобия.На Рис. 8, а представлена рентгенограмма, снятая с поверхностного слояобразца Cu-Nb в зоне воздействия обогащенной ниобием плазмы. Отражение,принадлежащее ниобию, нанесенному на поверхность меди, соответствуеттвердому раствору на основе структуры кубического ниобия.

Как видно изфрагмента этого спектра (Рис. 8, б), растянутого по горизонтальной оси,рентгеновские отражения от ниобиевого покрытия представляют собой пики,имеющие множество вторичных дифракционных максимумов на правом склоне(возле значения по оси абсцисс в 39 °). Это говорит о непостоянстве составатвердого раствора ниобия (левый, самый высокий пик соответствует практическичистому ниобию) и, таким образом, свидетельствует о существованиинепрерывного ряда твердых растворов меди с ниобием.абРис. 8.

Дифрактограмма образца Cu-Nb (а) и ее увеличенная область (б)12Аналогичные результаты получены при структурном исследовании соединений вольфрама с медью и вольфрама с серебром.На Рис. 9 представлена структура поверхности вольфрама при имплантациив него серебра, полученная с использованием растрового электронногомикроскопа, снабженного приставкой для рентгеновского микроанализа.Светлая центральная область содержитпреимущественно вольфрам с отдельнымивкраплениямипятен,соответствующихсеребру.

Периферийная область образцанаоборот,содержитпреимущественносеребро. Тем не менее, в переходной областиможно наблюдать смешение светлых итемных пятен, обусловленное перемешиванием разнородных атомов с образованиемсоединения W-Ag.Вероятно,центральноепятноРис. 9. Изображение образца W-Ag, выжигается последующими импульсамиплазмы, поэтому легкоплавкое сереброоблученного 20-ю импульсамиазотной плазмы на расстоянии 30 наблюдается только в периферийной областиW-подложки.мм от анода, полученное наВ Таблице 2 приведены значениярастровом электронном микроскопе,параметров решеток исходных и облученныхснабженном приставкой дляматериалов,определенныеметодомрентгеновского микроанализа.Светлые участки соответствуют рентгеновского дифракционного анализа.

Вкачестве примера была взята система W-Cu.вольфраму, темные – серебруДля минимизации систематических погрешностей параметры решеткиизмерены методом сравнения с эталоном. В качестве эталона использовалсякремний, параметр которого измерен абсолютным методом Бонда (a = 5,43094 ±0,00001 Å).Таблица 2.Параметры решеток исходных и облученных материалов W, Cu, измеренныеметодом сравнения с эталономПараметр решетки элеПараметр решетки элеМатериалмента в композициимента до облучения, Å(после облучения), ÅW3,1662 ± 0,00023,1638 ± 0,0002Cu3,6175 ± 0,00023,6147 ± 0,0002Как указано выше, вследствие облучения происходит образованиесоединения W-Cu.

Из Таблицы 2 видно, что в образующемся при облучениисоединении вольфрам-медь (твердом растворе) происходит уменьшение параметрарешетки у обоих отдельно взятых элементов (W и Cu). Данное явление, повидимому, связано с образованием высокой концентрации вакансий при высокихтемпературах, что способствует созданию твердого раствора замещения.13Процесс создания такого рода соединений в значительной степени интенсифицируется баллистическим ионным перемешиванием разнородных атомов.

Поскольку толщина наносимого покрытия (меди или серебра) несколько меньше глубины максимума радиационных повреждений в облученном вольфраме, то в области, близкой к границе раздела пленка-подложка, при облучении развиваетсякаскад смещений и происходит интенсивное баллистическое перемешиваниеатомов ниобия и меди, либо вольфрама и меди (серебра), практически независящее от времени облучения, усиливающееся сопровождающимся импульсомударной волны.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.

Предложена оригинальная методика и оптимизированы режимы нанесенияоптических металлических пленок на поверхность диэлектрических подложек(стекол) с использованием импульсной плазмы на установке типа Плазменныйфокус, при этом внедряемые элементы распыляются с анодного узла установки.Разработанная методика получения пленок не требует применениядополнительной химико-термической обработки, которая обычно используетсядля улучшения адгезии пленок с подложкой после их получения другимираспространенными способами, такими как термическое осаждение, магнетронноераспыление, методы химического и электролитического осаждения.2.

Экспериментально показана возможность получения устойчивых к воздействиювысокоэнергетических плазменных импульсов проводящих и непроводящих оптических покрытий на стеклянных подложках. С помощью методоврезерфордовского обратного рассеяния и анализа упруго рассеянных ядер отдачиустановлено, что характер структуры получаемых покрытий определяется ионнымперемешиванием при плазменном облучении, а также слоевым распределением поглубине внедряемых при плазменной имплантации легирующих элементов, вчастности меди, вольфрама и углерода, в отличие от традиционно используемыхметодов нанесения при низких скоростях осаждения атомов, в том числе идиффузионных.3. При исследовании влияния пострадиационного отжига на структуру системыпленка-подложка (титан-стекло), созданной облучением на установке Плазменныйфокус, методами рентгеноструктурного анализа и растровой электронной микроскопии показано, что полученная композиционная структура может иметь либометаллический, либо диэлектрический характер электропроводности взависимости от режима облучения.