LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізико-хімічні основи створення нових боридних матеріалів для електронної техніки і розробка керамічних катодних вузлів з підвищеною ефективністю

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА

ім. І.М.Францевича







ЛОБОДА Петро Іванович




УДК 621.762: 669.018.45:533.92





Фізико-хімічні основи створення нових боридних матеріалів для електронної техніки і розробка керамічних катодних вузлів з підвищеною ефективністю




Спеціальність 05.16.06. Порошкова металургія та композиційні матеріали







Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук












Київ 2004






Дисертація є рукопис.

Роботу виконано в Національному технічному університеті України

„Київський політехнічний інститут”.

Науковий консультант:

доктор технічних наук, професор

Шлюко Володимир Якович, Національний технічний університет України

„Київський політехнічний інститут”, професор кафедри високотемпературних матеріалів та порошкової металургії.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, академік НАН України,

Кислий Павло Степанович, Українська наукова асоціація, президент;

доктор технічних наук, старший науковий співробітник,

Рагуля Андрій Володимирович, Інститут проблем матеріалознавства ім.І.М.Францевича НАН України, заступник директора з наукової роботи;

доктор технічних наук, старший науковий співробітник,

Іванченко Володимир Григорович, Інститут металофізики НАН України, завідувач відділу фазових рівноваг.

Провідна установа:

Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут” НАН України.


Захист відбудеться „27” грудня 2004 р. о 14 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.207.03

Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича

НАН України за адресою: 03680, м. Київ – 142, вул. Кржижанівського, 3.


З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України.


Автореферат розіслано „20” листопада 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради _____________ Р.В. Мінакова.



Загальна характеристика роботи

Актуальність. Боридні катоди, і перш за все монокристалічні із гексабориду лантану, мають, порівняно з катодами із тугоплавких металів, на 500-800 оС нижчу робочу температуру, вищу стійкість до іонного бомбардування, меншу швидкість випаровування, на порядок більшу щільність струму емісії і тому є основою у виробництві ряду пристроїв з електронними та іонними пучками високої інтенсивності, що широко застосовуються як інструмент для проведення технологічних операцій плавлення, зварювання, розмірної обробки, різання, електронно-променевої літографії, для відтворення та запису інформації, дослідження атомної структури та хімічного складу речовин тощо. Великий внесок у розробку боридних катодів внесли В.Я. Шлюко, В.В. Морозов, Г.А. Кудінцева, С.С. Орданьян, Ю.Б. Падерно, В.П.Бондаренко та ін.

Катод працює в складі катодно-підігрівного вузла, який, як правило, включає емітер, нагрівач та струмопідводи, що традиційно виготовляються з тугоплавких металів (W, Mo, Ta та ін.). Тугоплавкі метали мають порівняно низькі температури початку інтенсивної повзучості 0,2-0,3 Тпл, активно взаємодіють з боридами при Т1100 оС, що різко підвищує крихкість, знижує стійкість форми конструкції катодно-підігрівного вузла в цілому, призводить до зміни розташування в просторі емітера, обмежує термін його експлуатації.

Окрім того, існуючий монокристалічний гексаборид лантану через застосування в технології формування зв’язок, що містять вуглець, недостатньо чистий, а це негативно впливає на його емісійні властивості.

Кераміка, виготовлена на основі перехідних металів, має задовільну термодинамічну і термомеханічну сумісність з боридними катодами, порівняно високу температуру початку повзучості 0,5-0,8 Тпл, менші, ніж металеві матеріали, коефіцієнти термічного розширення, що може забезпечити більш низький рівень теплових деформацій конструкційних елементів електронно-оптичних систем. Але кераміка є крихкою і маломіцною, що не дозволяє виготовляти конструкційні елементи малого перетину і довести розміри керамічних катодних вузлів до рівня металевих та знизити енергетичні витрати на розігрівання катода до робочої температури.

Тому практичним завданням роботи є розробка високоміцної кераміки та заміна металевих конструкційних елементів катодно-підігрівних вузлів на керамічні.

Боридні катоди і самі катодні вузли, подібно до інструмента, виготовленого із твердих сплавів, високоліквідні, наукомісткі вироби, тому вважається за доцільне розвивати їх промислове виробництво в Україні. Щоб вирішити ці практичні завдання, необхідно було створити фізико-хімічні основи нових технологій одержання чистих матеріалів для електронної техніки і на їх основі розробити нові технології виготовлення катодно - підігрівних вузлів.

Відразу можна сказати, що автор претендує на створення нової різновидності безтигельної зонної плавки, що застосовується для фізико-хімічної обробки дисперсно-пористих порошкових систем.

Як для катодних, так і для конструкційних матеріалів, що при робочих температурах контактують з матеріалом катоду, важливе значення має їх чистота, яка підвищує стабільність емісійних характеристик. Для одержання чистих матеріалів найбільш прийнятним є метод зонної плавки порошкових пресовок, виготовлених із боридів з добавкою надлишку бору. Але основні фізико-хімічні принципи цього процесу ще недостатньо розроблені навіть для монокристалів LaB6, що зумовлено перш за все відсутністю технології одержання порошків високочистих боридів металів із строго необхідною кількістю надлишку бору; не сформульовано загальні умови одержання спечених матеріалів та монокристалів високої хімічної та структурної досконалості залежно від будови діаграми стану борид-бор, природи бориду, дисперсності порошку бориду; не встановлено кінетичні параметри процесів спікання та формування зернистої та пористої структури порошкової заготовки, капілярного транспорту розплаву бору, первинної очистки бориду, які одночасно відбуваються в умовах високого температурного градієнта на рівні окремо взятих частинок порошку, що утруднює вибір оптимальних, кінетичних параметрів зонної плавки порошкового матеріалу. Не виявлено можливості методу для одержання двокомпонентних керамічних композиційних матеріалів спрямованою кристалізацією евтектичних квазібінарних сплавів на основі боридів рідкісноземельних (РЗ) і перехідних металів. Недостатньо вивчено вплив умов одержання боридних матеріалів на геометричні розміри, кількість та взаємне розташування структурних складових таких композитів та їх механічні властивості, а також можливість одержання композиційних матеріалів на основі інших тугоплавких сполук (ТС).

Тому робота, спрямована на створення фізико-хімічних основ технології одержання чистих спечених, композиційних та монокристалічних боридних матеріалів для електронної техніки, є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами

Дисертаційна робота відповідає основним науковим напрямкам роботи НТУУ-„КПІ” і виконувалася в рамках тем відомчого замовлення: 1. „Розробка фізико-технологічних основ формування аморфних та наноструктурних матеріалів на основі багатокомпонентних систем, принципів управління тепловими, електрофізичними та магнітними властивостями” (0100U000867); 2. „Розробка фізико-хімічних основ технології одержання високоміцних армованих композиційних матеріалів спрямованим спіканн