Отзыв оппонента 1 (Распыление керамик и керамических композитов потоками ионов низких энергий)

ОТЗЫВофициального оппонента на диссертационную работу Семенова АлександраАнатольевича «Распыление керамик и керамических композитов потокамиионов низких энергий», представленную на соискание ученой степеникандидата технических наук по специальности 05.07.05 – «Тепловые,электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов»Диссертационная работа А.А. Семенова посвящена исследованию распыленияпростых керамик и керамических композитов инертными ионами низких энергий.Выбор распыляемых образцов и энергии ионов обусловлен применением керамическихматериалов в различных ионных и плазменных устройствах, в том числе вэлектроракетных двигателях.В процессе работы стенки разрядной камеры подвергаются облучению ионамиплазмы с энергией 50-400 эВ.

Это приводит к эрозии поверхности за счет ионногораспыления. При этом следует учитывать, что температура покрытий может бытьдостаточно высокой.Несмотря на то, что распыление твердых тел изучается более 100 лет, и полученогромный экспериментальный и теоретический материал, данных по распылениюдиэлектрических многокомпонентных керамик крайне мало. Поэтому актуальностьтемы диссертации А.А.

Семенова, в которой экспериментально исследованораспыление при изменении таких параметров, как энергия и угол падения ионов, состави температура образцов - различных керамических материалов, в том числеиспользуемых в электрореактивных двигателях, не вызывает сомнений.Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объемдиссертации составляет 103 страницы, включая 42 рисунка и 3 таблицы. Списокцитируемой литературы включает 128 наименований. Основные результаты,представленные в диссертации, опубликованы в 14 научных трудах, из них 6 – врецензируемых научных журналах.Во введении обоснованы актуальность, научная новизна работы, достоверностьпредставленных в диссертации результатов, отражен личный вклад автора, а такжесформулированы пять защищаемых положений.В первой главе представлен обзор литературных данных по темедиссертационной работы.

Рассмотрено применение различных керамик в стационарныхплазменных двигателях. Показано, что одной из причин уменьшения ресурсадвигателей является деградация стенок разрядной камеры вследствие ионногораспыления. Подробно описаны механизмы распыления материалов, параметры,влияющие на коэффициент распыления. Отмечается, что экспериментальные работы поизмерению коэффициентов распыления и их зависимостей в большей степенипроводились для проводниковых и полупроводников материалов, в то время какимеется лишь небольшое количество статей, посвященных изучению распылениякерамических материалов.

По литературным данным проведено сравнениеэкспериментальных методик измерения коэффициентов распыления. Проведенныйанализ имеющихся работ позволил автору сформулировать задачи данногоисследования: измерить интегральные характеристики распыления керамик и ихкомпозитов в зависимости от энергии и угла падения ионов, температуры образцов,химического состава поверхности облучаемых мишеней.Во второй главе достаточно подробно описываются экспериментальнаяустановка и методики проведения экспериментов. Коэффициенты распыленияизмерялись весовым методом.

Это наиболее точный способ определения интегральногокоэффициента распыления, требующий больших доз облучения и, соответственновремени эксперименты. Следует отметить высокий уровень автора, какэкспериментатора. Перед проведением измерений зависимостей коэффициентараспыления от различных параметров были выполнены дополнительные экспериментыпо изучению состава остаточной атмосферы в вакуумной камере, подобраны плотностиионного тока, необходимые для поддержания состояния поверхности свободной отадсорбированных молекул.

Это очень важно с точки зрения достоверности полученныхрезультатов, поскольку откачка рабочей камеры производится масляными насосами.При измерении коэффициентов распыления важную роль играет топографияповерхности, особенно для керамик, имеющих исходно пористую структуру. В работепредварительно получены зависимости коэффициентов распыления от дозы облучениядля всех используемых образцов. Определено, что с увеличением дозы облучениякоэффициент распыления уменьшается и при определенных значениях доз для каждоговида керамики достигает стабильного значения.

Исходя из полученных данных,автором были выбраны дозы облучения, обеспечивающие стационарный режимраспыления.В третьей главе приведены результаты экспериментального исследованиязависимостей коэффициентов распыления от энергии и угла падения первичных ионов.Получены данные по распылению простых керамических материалов (SiO2, Si3N4, BN,SiC, Al2O3) и керамических композитов (AlN+BN, Si4.5Al1.5,O1.5N (сиалон), SiO2+BN идр.) ионами Xe с энергией 100 -400 эВ.

Получены новые количественные данные ораспылении керамических композитов. Практическую ценность представляет базаданных по коэффициентам распыления исследованных керамических материаловоблучаемых ионами низких энергий. Достоверность представленных результатовподтверждается сравнением и хорошим совпадением с данными других авторов длядостаточно хорошо изученного нитрида бора.

С научной точки зрения интереснымявляется обнаруженный эффект смещения максимумов угловой зависимостикоэффициента распыления при увеличении энергии падающих ионов.Четвертая глава посвящена исследованию зависимости коэффициентовраспыления керамических композитов различного состава от концентрации компонент.В качестве образцов использовались композиты SiO2+BN, Si3N4+BN и сиалон сдобавками нитрида бора. Концентрация нитрида бора в композите изменялась от 0 до 1.Получены энергические зависимости коэффициентов распыления композитов сразличным содержанием нитрида бора, которые для всех образцов близки к линейным.Установлено, что коэффициент распыления композитов уменьшается с увеличениемконцентрации BN. Наиболее интересным представляется эффект, представленный нарис. 36 (стр.

77). Он заключается в значительном превышении коэффициентараспыления композита SiO2+BN почти в два раза по сравнению с распылениемSi3N4+BN в области концентраций нитрида бора от 0.3 до 0.7.Результаты по температурной зависимости коэффициентов керамическихкомпозитов, представленные в пятой главе, почти все являются новыми и достаточнонеожиданными.

Известно, что коэффициент распыления большинства материаловпрактически не зависит от температуры образца вплоть до температур близких ктемпературе плавления, Исключение, может быть, составляет поведениетемпературных зависимостей распыления в области фазовых переходов. Полученныеданные представляют большой практический интерес: при выборе материала стенокразрядныхкамер плазменных двигателей следует отдавать предпочтениекерамическим композитам, не содержащим диоксид кремния.В Заключении приводятся основные выводы и результаты диссертационнойработы.Оценивая в целом работу, следует отметить, что получен большой объем2экспериментальных результатов, обладающих научной новизной и практическойценностью.

Надежность и достоверность основных полученных автором результатов невызывает сомнений, что подтверждается тщательной подготовкой проведенияэкспериментов, применением современных методик исследования распыления твердыхтел, сравнением полученных результатов с теоретическими моделями распыления иимеющимися литературными данными.К числу важных и новых результатов, представленных автором, можно отнестиследующие:1. Экспериментально полученные данные по распылению диэлектрическихматериалов: простых и композитных керамик ионами низких энергий.

Установленыприсущие этому классу материалов особенности угловых зависимостей коэффициентовраспыления.2. Впервые измерены коэффициенты распыления композитных керамик сразличным содержанием в них нитрида бора. Обнаружен эффект зависимостикоэффициента распыления композитной керамики от сопутствующей нитриду боракомпоненты.3. Впервые обнаружено увеличение коэффициента распыления материалов(керамических композитов) при температурах, значительно ниже температурыплавления образцов.Имеется ряд замечаний по работе.1. В работе исследуется распыление диэлектрических материалов, однако,эффекты, связанные с зарядкой поверхности не обсуждаются.2.

Поскольку представленные результаты являются экспериментальными,хотелось бы видеть погрешности измерений, которые присутствуют толькона рис. 36 на стр. 77 в диссертации и на рис.13 на стр. 16 в автореферате. Втексте работы обсуждаются и даже измеряются возможные источникипогрешностей (с. 84-86), однако никаких оценок не приведено.3. Из текста диссертации не понятно, каким образом измерены концентрацииэлементов на поверхности композитов (рис.37, стр. 80). Получены этиданные автором или приведены из литературных источников.4.

На мой взгляд, автор не совсем корректен в некоторых терминах. Например,плазмообразующий газ в ионном источнике называется рабочим телом.Однокомпонентный материал является материалом, состоящим из однойкомпоненты, в то время как в тексте диссертации и автореферате такиминазываются керамики нитрид бора, диоксид и нитрид кремния и другиедвухкомпонентные вещества.5.

Не совсем убедительными представляются предложенные авторомобъяснения ряда впервые обнаруженных эффектов. В частности,значительного различия коэффициентов распыления композитных керамик,содержащих нитрид бора и диоксид и нитрид кремния (рис. 36). Однако,интерпретация таких результатов прерогатива скорее физиков. Выяснениепричин проявления таких эффектов требует дополнительных исследований спривлечением большого числа методов анализа поверхности и может стать,темой новой отдельной исследовательской работы. .Сделанные замечания не снижают ценности представленной диссертационнойработы.Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в ведущих рецензируемыхнаучных журналах, докладывались на международных конференциях и известнынаучной общественности.3.