Введение к работе
Работа посвящена разработке универсальной структурной модели материалов на основе нитрида бора, учитывающей особенности реального строения, и феноменологическому описанию протекающих в них процессов.
Актуальность работы. Большинство природных и синтезируемых материалов являются поликристаллическими. Свойства кристаллитов, составляющих поликристаллы, определяются физико-химическими параметрами и зависят от нарушений их решеток дефектами. Свойства поликристаллов, определяемые в основном свойствами кристаллитов, зависят от формы, размеров, ориентации и пространственном распределении кристаллитов. В реальных поликристаллах (при получении или обработке) дефекты и примеси распределяются неравномерно, что приводит к вариациям фазового состава, формы и размеров кристаллитов по объему материала. В случае свойств, связанных с массо-, тепло- и электропереносом, взаимодействие между кристаллитами нарушает аддитивность функции свойств материала от свойств составляющих их кристаллитов. Поэтому макросвойства поликристаллических материалов могут значительно варьироваться в зависимости от строения различных уровней организации - структурной иерархии. Влияние строения на свойства приобретают особую актуальность при исследовании радиационной деградации материалов, используемых в термоядерных реакторах. В наибольшей степени удовлетворить набору требований, предъявляемых к ним способны керамические материалы на основе нитридов, в частности нитрид бора, который в настоящее время проходит испытания в качестве защитного экрана первой стенки токамака ТСП 'т.Троицк).
Получаемый методом химического газофазного осаждения нитрид бора (ПНБ) как высокодисперсный керамический материал обладает развитой структурой различных уровней организации и представляет сложный объект для исследования структуры и свойств. При радиационном воздействии интенсивные процессы де-фектообразования, миграции и аннигиляции дефектов затрагивают все уровни организации: начиная от образования примесно-вакансионных комплексов на атомном уровне до блистеринга и деструкции в макромасштабе. Изменение свойств при этом сопровождается трансформацией структурной иерархии. Для решения такой сложной проблемы целесообразно попытаться построить по возможности простую, но этражаюшую сущность происходящих в материале процессов, модель, выделив эсновные элементы структуры и определив их параметры.
Целью работы является определение параметров структурной иерархии высс котемпературных материалов на основе нитрида бора и установление связи их диэлектрическими свойствами.
Научная новизна определяется подходом к исследованию структуры керамк ческих материалов и их диэлектрических свойств на основе идеи об взаимосвязан ном влиянии параметров различных уровней структурной иерархии на макрс свойства и заключается в следующем:
-
Известные данные и результаты структурных исследований взаимодополняк щими методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа об общены в виде универсальной для исследованных типов ГШБ модели структур ной иерархии.
-
Оценена проводимость гексагонального нитрида бора и межкристаллитных о ластей (МКО) двух типов в ПНБ и установлено, что проводимость МКО, такж как и кристаллитов обладает анизотропией.
-
Обнаружено два изоструктурных состояния нитрида бора, отличающихся перис дом решетки и необычное сосуществование двух кристаллических фаз по тип полисинтетического двойника.
-
Определена область термической стабильности и критические размеры квазикрі сталлических образований (КО) с симметрией формы пятого порядка; предложе механизм формирования этих образований.
-
Установлено, что необратимые изменения диэлектрических свойств после обл) чения сопровождаются изменением структурных параметров. Трансформанн структурной иерархии, в свою очередь, служит дополнительным каналом релаї сации радиационных повреждений.
Научная и практическая ценность заключается в следующем:
-
Разработано простое и эффективное устройство для препарирования объекте просвечивающей электронной микроскопии методом ионного травления; выбр; ны оптимальные режимы его работы.
-
Предложена модель структурной иерархии материалов на основе нитрида бора, помощью которой удалось оценить проводимость основных структурных злемеї тов.
-
Обнаруженная релаксация радиационных повреждений путем трансформаци структурной иерархии и установленная взаимосвязь параметров ее элементов диэлектрическими свойствами позволяет диагностировать структурные наруші ния материала по изменению свойств.
На защиту выносятся следующие положения:
1.ПНБ является композицией кристаллической и паракристаллической форм нитрида бора. Кристаллическая компонента представлена только двумя модификациями нитрида бора - BNr и BNP. Паракристаллическая компонента включает пакеты атомных сеток, уложенных в последовательности ADAD, АААА, и с турбо-стратной укладкой.
I. Универсальная для всех типов ПНБ модель структурной иерархии включает три уровня: кристаллическая решетка, кристаллит и надкристаллитная структура.
?. Проводимость МКО и турбостратных прослоек, так же как и кристаллитов, обладает анизотропией. Соотношение величин их проводимости зависит от механизма электропереноса.
J. Детериорация ПНБ при облучении обусловлена не только образованием устойчивых дефектов, но и трансформацией структурной иерархии, приводящих к необратимым изменениям диэлектрических свойств.
Апробация работы. Эсновные результаты диссертационной работы докладывались на II Республиканской конференции "Физика твердого тела и новые области ее применения" ^Караганда, 1990); на Ш Международной школе-симпозиуме "Физика и химия твердого тела" (Благовещенск, 1991); на Международной конференции-выставке 'Нитрид бора: получение, свойства, применение" (Обнинск, 1993);на VIII Конфе-эенции по радиационной физике и химии неорганических материалов (Томск, 1993); за VII Международной конференции по материалам реакторов термоядерного синтеза (Обнинск, 1995); на IX международной конференции по радиационной физике и шмии неорганических материалов (Томск, 1996).
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 133 страницы машинописного текста, 26 рисунков. Список литературы включает 126 наименований.
