Введение к работе
Актуальность темы. Модифицирование поверхности материалов с целью придания им новых заранее заданных свойств является на сегодняшний день одкик из актуальных направлений в создании ресурсо- и энергосберегающих технологий. Одним из способов модифицирования: поверхности является наносонио на известные » широко распространенные материалы тонких покритий. В последние годы большой интерес вызывают аморфные гидрогенизи-рованные углеродные и бороуглеродные покрытия. Это связано с их высокими прочностными, коррозионными и эрозионными свойствами, что дает возможность применять их в качестве защитных покрытий различного назначения.
Особый ипторос к таким покрытиям проявляется в термоядерном материаловедении. Это вызвано необходимостью уноньшонил поступления п плазму примесных атомов, особенно неталличос-ких, имеющих высокий атомный номер. Использование объемных углеродных материалов в качестве экранов не позволяет полностью закрыть все металлические поверхности и исключить попадание распыленных атомов металлов в плазму. Применение же покрытий, осажденных на внутреннюю поверхность разрядной камеры термоядерных установок - токамаков, привело к существенному уменьшению поступления в плазму примесей и в результате к снижению радиационных потерь. Причем применение плаэьо-химически осажденных бороуглеродных покрытий позволило уменьшить поступи ние не только тяжелых ( это обеспечивают и чисто углеродные покрытия ), но и легких элементов, таких как углерод и кислород. В существующих в настоящее время методиках получения бороуглеродных покрытий в качестве исходных боросо-
даржащих вишосто используется либо диборан - высокотоксичный * и взрывоопасный газ. либо бортриметил - вещество менее токсичное, но склонное к возгорание на воздухе.
Поэтому разработка простого и безопасного способа получения бороуглородкых покрытий является актуальной и перспективной задачой термоядерного натериаловедс ия.
Целы» настоящей работы являлось создание нового способа осаждопия бороуглородкых покрытий и изучение их состава, структуры и свойств. В связи с этим в работе ставились следующие з: дачи:
- разработать безопасный и экологически чистый способ
плазмо-хинического осаждения бороуглородкых покрытий;
изучить элементный и фазовый состав, структуру и закономерности роста бороуглеродных покрытий в зависимости от параметров осаждения - давления газовой фазы, температуры подложки, тока разряда, величины приложенного потенциала;
исследовать свойства осождешаїх покрытий - оптические, эрозионные, диффузионные;
выдать рекомендации по возможности использования этого метода для нанесения бороуглеродных покрытий на внутроніше поверхности разрядных камер токамаков.
Научная новизна. Впервые предложен я реализован метод на-носения бороуглеродных покрытий с использование»! малотоксичных и невзрывоопаскых веществ - карборанов, не требующий специальных мер безопасности.
Проведено комплексное исследование структуры осажденных покрытий, эленентного состава и характера химических связей в них в зависимости от параметров осаждения. Показано, что из-
меняя давление газовой фазы, можно изненять соотношение бора я углерода в осаждаемом покрытии.
Иссладозана эрозионная стойкость бороуглеродных покрытий при взаимодействия .с дейтераевой плазмой ( плотность тока ионов » 10,всм~ас""1. энергия ионов «50 эв ). Показано, что эрозия имеет химическую природу и приводит к развитие никропор, изначально присутствующих в покрытии.
Впервые .изучено влияш э покрытий на проницаемость дейтерия сквозь никель как модельный конструкционный материал. Обнаружено, что покрытия значительно снижает проникавший поток.
Практическая значимость. С помощью методики получения бороуглеродных покрытий, предложенной в работе, проведены операции боронизацян ( нанесения защитных бороуглеродных покрытий на внутреннюю поверхность разрядной камеры ) на ряде отечественных токанаков, что существенно улучшило их плазменные параметры.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
разработка методики осаждения бороуглеродных покрытия с использованием керборанов;
результаты экспериментального исследования состава, хк-ничоских связей, структуры и скорости роста осажденных покрытий;
результаты исследований оптических характеристик покрытий:
результаты исследований эрозии покрытий при их- взаимодействии с дейтериовой плазмой;
результаты исследования влияния бороуглеродных покрытий
- б -
на водородопроннцаемость никеля.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на Всесоюзной конференции по радиационному воздействии на материалы термоядерных реакторов ( Ленинград, 1090 ), 8-ом международном коллоквиуме по плазменным процессам ( Анткбы, Франция. 1991 ), 5-ой международной конференции по материалам для термоядерных реакторов ( Клируотер, США, 1991 ), 10-ой международном конференции по взаимодействию плазмы с поверхностью ( Монтерен. США, 1392 ). Всесоюзной конференции по эл-лхпеометрки в оптической технологии (Санкт-Петербург, 1992 }, 2-ой международной конференции по радиационному поздействию на материалы термоядерных реакторов ( Санкт-Потербург, 1992 ).
По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ и
сделано 7 докладов. (.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и общих выводов, общий объем работы 115 страниц, /ключал 41 рисунок, одну таблицу и библиографию из 104 литературных источников.
