Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Краткое собрание ханских ярлыков является одним из немногих сохранившихся актовых источников, которые показывают систему татаро-монгольского властвова...полностью>>
'Программа'
Прибытие в Рим в аэропорт Фьюмичино. Встреча с русскоговорящим сопровождающим. Трансфер в отель. Во время трансфера будет предоставлена информация о т...полностью>>
'Документ'
Актуальность проблемы социализации подрастающего поколения очевидна. Развиваться интеллектуально, духовно, физически и нравственно способна только ли...полностью>>
'Документ'
Торгівля – широка область підприємницької діяльності і сфера праці – одержала в останні роки нові імпульси свого розвитку, істотно розширивши "по...полностью>>

Диагностика и методы исследования фазовых и структурных превращений в многокомпонентных системах, подвергнутых воздействию температурных полей и электронной бомбардировки

Главная > Автореферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

На правах рукописи

Томилин Николай Алексеевич

ДИАГНОСТИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВЫХ И СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ, ПОДВЕРГНУТЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ И ЭЛЕКТРОННОЙ БОМБАРДИРОВКИ

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва – 2009
Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Научно-исследовательский учебный центр новых технологий и материалов «АТОМ» (ФГУП «НИЦ «АТОМ»)

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Марин Владимир Петрович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук

Прасицкий Василий Витальевич

Доктор физико-математических наук,

профессор

Кротов Сергей Сергеевич

Доктор химических наук, профессор

Цодиков Марк Вениаминович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный институт

радиотехники, электроники и автоматики

(технический университет)»

Защита состоится «____» ____________2009 г. в ____ ч. ____ мин.
на заседании диссертационного совета Д 212.141.17 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана
по адресу: 248600, г. Калуга, ул. Баженова, 2,
МГТУ имени Н.Э. Баумана, Калужский филиал
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
МГТУ имени Н.Э. Баумана, Калужский филиал
(г. Калуга, ул. Баженова, 2).

Автореферат разослан «___»________________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н. С.А. Лоскутов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы

Интенсивно развивающиеся отрасли сотовых и аэрокосмических систем связи, отечественных оборонных систем навигации и радиолокации остро нуждаются в разработке новых и совершенствовании существующих мощных сверхвысокочастотных электровакуумных приборов (СВЧ ЭВП). Современное состояние и перспективы развития электронной техники (ЭТ) требует глубокого научного поиска в области физики и химии твердого тела, физики поверхности и структуры материалов, прежде всего, для создания новых материалов и узлов на их основе для обеспечения реализации отечественной программы по развитию сверхвысокочастотной вакуумной электроники.

Данная диссертационная работа направлена на решение научной проблемы изучения состава, структуры и физических свойств материалов мощных СВЧ ЭВП, подвергающихся воздействию температурных полей, электронной и ионной бомбардировки и претерпевающих структурные и фазовые превращения в процессе работы прибора, с целью создания новых прецизионных материалов для ЭТ, обладающих заданным комплексом свойств.

Эти исследования должны основываться на надежных методах экспериментального изучения физических свойств бинарных и многокомпонентных систем и установления закономерностей их изменения при варьировании внешних и внутренних факторов равновесия (химического, фазового составов, воздействия температуры, электронной или ионной бомбардировки и др.). При этом целесообразно использовать комплексный подход в экспериментальных исследованиях для выявления взаимосвязей в изменении физических свойств, состава и структуры материалов. Совершенствование и создание новых технологий также невозможно без использования современных методов исследований физических свойств материалов и активных элементов (анодов, катодов и др.) ЭТ на всех этапах разработки и эксплуатации мощных СВЧ ЭВП.

Для успешного решения этих задач целесообразна также концентрация прецизионного специализированного и уникального оборудования и высококвалифицированных специалистов в едином научно-исследовательском центре, располагающим всеми необходимыми средствами анализа и методиками физико-химических исследований.

Диссертационная работа имеет в своей основе работы, проводившиеся автором в разные годы в рамках НИР и ОКР отраслевых и федеральных целевых программ, проектов Российского фонда фундаментальных исследований и по договорам с предприятиями в НИЦ «АТОМ», г. Москва.

Цель работы

Целью настоящей работы являлось создание методов и оборудования для комплексного экспериментального изучения физических свойств, состава, структуры ряда многокомпонентных систем на основе некоторых тугоплавких и редкоземельных элементов, а в ряде случаев, оксидов сложного состава для разработки основных узлов мощных сверхвысокочастотных вакуумных приборов и других изделий ЭТ с заданными свойствами.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

1) разработаны новые и усовершенствованы широко используемые методы и оборудование для комплексного изучения состава, структуры, физических свойств многокомпонентных систем;

2) с применением созданных методов выполнено экспериментальное изучение материалов и узлов мощных СВЧ ЭВП на различных этапах производства и эксплуатации с целью контроля и оптимизации технологических процессов, а также новых многокомпонентных материалов для объективных оценок перспектив их использования в приборах нового поколения;

3) разработаны новые материалы с заданным комплексом физических и эксплуатационных характеристик на основе исследованных многокомпонентных систем для мощных СВЧ ЭВП.

Научная новизна

Научную новизну и значимость работы представляют впервые полученные результаты комплексных исследований физических свойств ряда изученных многокомпонентных систем и новых материалов на их основе:

- данные об основных физических свойствах (температуре плавления, удельном электросопротивлении, теплопроводности, тепловом расширении, прочностных характеристиках) системы на основе тантала и ниобия, трех систем тантал-ниобий-рений, ниобий-титан-рений и ниобий-титан-молибден в широком интервале концентраций и температур;

- результаты исследования комплекса физических свойств, кристалли-ческого строения и особенностей протекания фазовых превращений для поли- и монокристаллических образцов высокотемпературного сверхпроводящего соединения YBa2Cu3Ox (х = 6,4; 6,7; 6,9), монокристаллического соединения PdBi и 14 тугоплавких соединений на основе оксидов редкоземельных металлов и ниобия (ниобатов РЗМ) состава R3NbО7 (R - Y, La - Lu);

- результаты экспериментального исследования многокомпонентных систем Hg-In-Bi и Hg-Bi-Sn-Pb в виде бинарных разрезов диаграмм их состояния и предложенная методология разработки новых амальгам с заданным давлением насыщенных паров ртути на основе таких систем.

Оригинальны конструкция установки для исследования комплекса физических свойств металлов и сплавов, а также составы разработанных танталовых и ниобиевых сплавов с заданными свойствами, защищенные авторскими свидетельствами на изобретение.
Практическая ценность

Представленные в диссертации разработки и результаты исследований нашли практическое применение.

Установка для исследования комплекса физических свойств многокомпонентных систем («Металловедческий комбайн») использована для изучения фазовых превращений в твердом состоянии, построения диаграмм состояния и диаграмм состав-свойство и, затем, для разработки новых материалов с заданными физическими свойствами и прецизионными параметрами, эксплуатируемых в условиях воздействия температурных полей и электронной бомбардировки.

Созданный научно-диагностический комплекс и разработанные методы, позволяющие проводить электронно-микроскопический и химический анализ микрообъектов в качественно новых режимах работы, использованы как на этапе изучения физических свойств многокомпонентных систем, так и при создании катодных материалов СВЧ-приборов.

Полученные экспериментальные данные о комплексе физических свойств исследованных многокомпонентных систем и построенные диаграммы состав-свойство послужили основой для разработки сплавов с заданными свойствами: ниобиевого сплава с заданным тепловым расширением для металлокерамического узла и жаропрочного высокоомного танталового сплава для подогревателей и кернов катодно-подогревательных узлов мощных ЭВП.

Предложенная автором методология разработки амальгам с заданным давлением насыщенных паров ртути, приведенная в диссертации как иллюстрация обоснованности предложенного способа построения диаграмм, нашла практическое применении при создании мощных высокочастотных газоразрядных ртутных ламп низкого давления: разработанные амальгамы обеспечили стабильность светового потока в широком эксплуатационном интервале температур.

Положения, выносимые на защиту

На защиту автором выносятся:

1. Диагностика и научно-техническое обеспечение комплексных физических исследований бинарных и многокомпонентных материалов для вакуумной СВЧ электроники, включающее разработку и совершенствование аналитического оборудования и методик исследования, а именно:

а) методология создания установки для исследования комплекса физических свойств металлов, бинарных и многокомпонентных материалов – «Металловедческий комбайн»;

б) технические возможности диагностического комплекса на базе растрового электронного микроскопа с рентгеноспектральным микроанализатором (РЭМ/РСМА) и приставки цветной катодолюминесценции (ЦКЛ);

в) комплексные методики анализа многокомпонентных материалов с использованием метода цветной катодолюминесценции;

г) особенности созданной методики изучения диаграмм состояния высокотемпературных оксидных систем.

2. Экспериментальные результаты комплексных исследований состава, структуры и других физических свойств некоторых материалов ЭТ, а также новых перспективных для использования в СВЧ ЭВП нового поколения материалов, полученные с использованием разработанного оборудования и методик, в том числе:

- результаты исследований катодно-подогревательного узла (КПУ) на различных этапах изготовления и эксплуатации;

- результаты исследования комплекса физических свойств сплавов на основе тантала и ниобия трех систем тантал-ниобий-рений, ниобий-титан-рений и ниобий-титан-молибден в широком интервале концентраций и температур как материалов подогревателей и кернов КПУ;

- результаты исследования комплекса физических свойств, кристаллического строения и особенностей протекания фазовых превращений для поли- и монокристаллических образцов соединения YBa2Cu3Ox (х = 6,4; 6,7; 6,9), монокристалла соединения PdBi и ряда ниобатов РЗМ – тугоплавких соединений на основе оксидов редкоземельных металлов и ниобия состава R3NbО7 (R - Y, La - Lu) – как перспективных источников Ва, La, Y и др. в катодных и других материалах КПУ.

3. Результаты разработки конкретных сплавов с комплексом прецизионных свойств для мощных СВЧ ЭВП, а именно:

- жаропрочного высокоомного танталового сплава для подогревателей и кернов КПУ;

- ниобиевого сплава с заданным тепловым расширением для конструкций металлокерамического узла замедляющей системы ЛБВ и технологий получения этих многокомпонентных материалов и полуфабрикатов из них.

4. Методология разработки амальгам с заданным давлением насыщенных паров (д. н. п.) ртути, результаты разработки амальгам для люминесцентных ртутных ламп низкого давления (РЛНД) с широким эксплуатационным интервалом температур и результаты экспериментального исследования многокомпонентных систем Hg-In-Bi и Hg-Bi-Sn-Pb в виде бинарных разрезов диаграмм состояния этих систем, выполненного с целью подтверждения правильности теоретического и экспериментального подхода при решении прикладных задач физики конденсированного состояния.

Публикации

По тематике диссертации представлены 32 работы (из 50 опубликованных): в журналах «Неорганические материалы. Известия АН СССР», «Доклады АН СССР», «Журнал неорганической химии», «Кристаллография», «Наукоемкие технологии», «Заводская лаборатория», «Бюллетень Госкомитета СССР по делам изобретений и открытий», в сборниках издательства «Наука»: «Сплавы редких металлов с особыми физическими свойствами», «Сплавы редких и тугоплавких металлов с особыми физическими свойствами», «Монокристаллы тугоплавких и редких металлов, сплавов и соединений», «Физикохимия сплавов редких металлов», «Металлические монокристаллы», в сборнике научных трудов МИРЭА «Высокотемпературная сверхпроводимость», в материалах Всесоюзных и Всероссийских научно-технических конференций, совещаний, семинаров, в научно-технических отчетах.

Личный вклад

Большинство совместных с коллегами публикаций сделано по результатам выполненных в Научно-исследовательском учебном центре новых технологий и материалов «АТОМ» работ, в которых автор принимал непосредственное участие в планировании и проведении исследований и экспериментов и интерпретации полученных результатов. Несколько опубликованных работ написаны без соавторов. Научные положения диссертации, выносимые на защиту, получены и сформулированы лично автором.

Структура и объем

Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами к каждой главе, основных выводов и списка использованной литературы. Диссертация содержит 214 страниц, в ней 99 рисунков и 25 таблиц.

Во введении показана актуальность проблемы, сформулирована цель работы, представлены основные объекты исследования, указана научная и практическая ценность работы, сформулированы научные положения и результаты, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации, личном вкладе автора, публикациях по теме, о структуре и объеме диссертации.

В первой главе диссертации рассмотрено современное состояние исследования физических свойств и разработки многокомпонентных материалов с заданными параметрами для вакуумной сверхвысокочастотной электроники.

Показано, что для реализации отечественной программы по развитию СВЧ вакуумной электроники необходимо решить проблему разработки аналитического оборудования и методов контроля основных физических свойств материалов на различных стадиях их получения и эксплуатации с целью создания многокомпонентных систем для различных активных элементов мощных СВЧ ЭВП, подвергающихся воздействию температурных полей, электронной и ионной бомбардировки.

Проведенная оценка современного состояния контроля параметров и разработки материалов с заданными физическими свойствами (электросопротивлением, тепловым расширением, давлением насыщенных паров) для ЭТ позволила выявить недостаточно разработанные области изучения этих свойств и определить направления исследований.

Показана необходимость систематического комплексного экспериментального изучения физических свойств (электрических, тепловых, прочностных и др.) композиций тугоплавких и редких металлов в широком интервале концентраций и температур и построения соответствующих диаграмм состав – свойство, являющихся основой для разработки материалов с заданным комплексом физических свойств для ЭТ.

Важным направлением также является экспериментальное исследование соединений тугоплавких и редких металлов (интерметаллидов, оксидов, боридов и др.), зачастую обладающих уникальными физическими свойствами (электрическими, тепловыми, магнитными и др.). При этом необходимо проводить комплексное изучение физических свойств (а также анизотропии свойств монокристаллов) в широком интервале температур в зависимости от изменений состава и структуры, в том числе, и при фазовых превращениях.

Вторая глава посвящена научно-техническому обеспечению комплексных исследований в области создания материалов ЭТ.

В первом разделе главы отражено создание в 1981 г. отраслевого центра физико-химических методов исследования, предназначенного для удовлетворения нужд предприятий электронной промышленности – Научно-исследовательского учебного центра новых технологий и материалов «АТОМ» (НИЦ «АТОМ»), доктором технических наук, профессором, лауреатом Государственных премий СССР и РФ, заслуженным деятелем науки РФ В.П. Мариным. Кратко оценен вклад автора диссертации, работавшего в НИЦ «АТОМ» в течение 25 лет. Отмечено, что среди направлений деятельности НИЦ «АТОМ» важнейшими являлись три основных направления: научное, методическое и функциональное.

В научном направлении основные работы связаны с изучением состава, структуры и свойств материалов ЭТ, а именно:

- комплексным анализом состава и структуры материалов элементов и узлов приборов на этапе изготовления и длительной эксплуатации и изучение физико-химических свойств материалов, влияющих на важнейшие параметры приборов;

- исследованием физических и химических зако­номерностей, описывающих поведение материалов в различных условиях работы (в вакууме, газовой среде, при низких и повышенных температурах и давлениях);

- разработкой и созданием новых материалов и технологических процессов для мощных приборов СВЧ нового поколения.

Методическое направление связано с созданием и совершенствованием методик анализа состояния поверхности и объема материалов ЭТ и исследования их свойств, разработкой и созданием уникальных стендов и испытательных установок.

Функциональное направление – оказание научно-технической помощи в проведении исследований на предприятиях отрасли, анализ и выявление причин отказов изделий, подготовка специалистов для предприятий отрасли и др.

Отмечено, что автор диссертации лично занимался оснащением НИЦ «АТОМ» уникальным аналитическим оборудованием отечественного и импортного производства, предназначенным для исследования состава, структуры и свойств материалов. Описаны также технические характеристики оборудования и его возможности применительно к основным объектам исследования – материалам элементов и узлов изделий ЭТ (в частности, приборов СВЧ-диапазона). Это материалы катодов, кернов и подогревателей, керамические материалы и материалы припоев, материалы защитных анодных и катодных покрытий и др.

Помимо исследования таких объектов, значительная часть исследований посвящена изучению состава, структуры и свойств новых материалов (сплавов, металлических соединений, сложных оксидных фаз и др. в поли- и монокристаллическом состоянии). Отмечено в заключении раздела, что наличие уникального комплекса аналитического оборудования для исследования состава, структуры и свойств материалов, квалифицированных специалистов, а также использование комплексного подхода в исследовании основных физических свойств материалов обеспечили выполнение десятков НИР и ОКР.

В
о втором разделе второй главы
описано аналитическое оборудование и методы исследования, в том числе принципы создания установки для исследования комплекса физических свойств металлов и сплавов (многокомпонентных материалов) – Металловедческого комбайна (см. рис. 1).



Скачать документ

Похожие документы:

  1. 19 апреля 2009 г. Ифм уро ран

    Документ
    Томск 11:00 11:30 Coffee-break 11:30 1 :00 Дианов Е.М., Семенов С.Л. Микро- и наноструктурированные стеклянные волоконные световоды - новые возможности в волоконной оптике Научный центр волоконной оптики РАН, г.
  2. Пленарное заседание (6)

    Заседание
    Анализ смачивания нанокомпозитных поверхностей и наноразмерных покрытий, как эффективный метод изучения характеристик поверхностей и происходящих на них процессов
  3. Воскресенье 19 апреля 2009 г. Ифм уро ран

    Документ
    11:30 - 11:45 Акатенков Р.В., Алдошин С.М., Алексашин В.Н., Аношкин И.В., Бабин А.Н., Грачев В.П., Деев И.С., Кондрашов С.В., Перепелицина Е.О., Раков Э.
  4. Программа екатеринбург 20-24 апреля 2009 г. Екатеринбург 2009 организаторы конференции российская Академия наук Комиссия ран по нанотехнологиям

    Программа
    Члены:Андриевский Р.А. ИПХФ РАН, г. ЧерноголовкаАнциферов В.Н. РИТЦ ПМ, г. ПермьАстахов М.В. МИСиС, г. МоскваБолдырев В.В. ИХТТМ СО РАН, г. НовосибирскВалиев Р.
  5. Постановление Государственного военно-промышленного комитета Республики Беларусь и Государственного таможенного комитета Республики Беларусь от 1 апреля 2009 г (1)

    Документ
    Постановление Государственного военно-промышленного комитета Республики Беларусь и Государственного таможенного комитета Республики Беларусь от 1 апреля 2009 г.

Другие похожие документы..