Диагностика и методы исследования фазовых и структурных превращений в многокомпонентных системах, подвергнутых воздействию температурных полей и электронной бомбардировки тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

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

003480814

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2009

003480814

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

Доктор физико-математических наук, профессор

Доктор химических наук, профессор

Прасицкий Василий Витальевич Кротов Сергей Сергеевич

Цодиков Марк Вениаминович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)»

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 « г» О к,<Г 2009 г.

мин.

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

\ , 1 '1

\

4 ----7

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, кристаллического строения и особенностей протекания фазовых превращений для поли- и монокристаллических образцов высокотемпературного сверхпроводящего соединения УВа2СизОх (х = 6,4; 6,7; 6,9), монокристаллического соединения РсШ1 и 14 тугоплавких соединений на основе оксидов редкоземельных металлов и ниобия (ниобатов РЗМ) состава ЯзКЬ07 (Я - У, Ьа - Ьи);

- результаты экспериментального исследования многокомпонентных систем 1^-1п-В1 и 11§-Вь5п-РЬ 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 УВа2Си3Ох (х = 6,4; 6,7; 6,9), монокристалла соединения Р(1ЕН и ряда ниобатов РЗМ - тугоплавких соединений на основе оксидов редкоземельных металлов и ниобия состава Я3ЫЬ07 (Я - У, Ьа - Ьи) - как перспективных источников Ва, Ьа, У 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 танталовою 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 Щ-1п-В1 и Щ-Вьвп-РЬ 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 мопокристаллы», 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, указала 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 и 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. Мариньм. 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 мопокристаллическом 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.

Во 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. ]).

Металловедческий комбайн, разработанный при непосредственном участии автора диссертации, является лабораторной установкой для исследования структуры и комплекса физических свойств металлов и сплавов в широком интервале температур. Основная задача, которая решена при разработке установки - обеспечение возможности одновременного исследования микроструктуры и физических свойств с достаточно высокой точностью до высоких температур на одном образце небольшого размера (2.2.20 мм) и удобной формы (что немаловажно при исследовании сплавов редких металлов).

Установка позволяет исследовать электросопротивление и тепловое расширение металлических образцов в интервале температур от 20 до 1800 °С при различных скоростях нагрева и охлаждения, наблюдать и фотографировать микроструктуру образца в интервале температур от 20 до 1500°С, проводить отжиг и закалку образца в струе инертного газа, определять температуру плавления (солидус) по методу Пирани в интервале температур 900...3400 °С. Причем исследование электросопротивления, теплового расширения и микроструктуры можно проводить одновременно. Металлические образцы нагреваются электрическим током в вакууме ~ 5-10"* Па.

Рис.1. Установка «Металловедческий комбайн»

Детально описано устройство отдельных узлов, принцип работы установки в различных режимах, а также особенности создания методики исследования. Приводится характеристика точности определяемых параметров.

Установки, аналогичные по комплексу исследуемых свойств, в России и за рубежом не выпускаются.

Автор диссертации принимал непосредственное участие в модернизации установки, в плане усовершенствования систем регистрации сигналов и их дальнейшей обработки, а также расширения температурного интервала исследований теплового расширения и электросопротивления материалов в область низких температур. Описаны также результаты использования установки автором для изучения фазовых превращений в твердом состоянии, построения диаграмм состояния и диаграмм состав-свойство и разработки материалов с заданными свойствами.

Во втором разделе второй главы описываются и анализируются комплексная методика анализа материалов ИЭТ с использованием метода цветной катодолюминесценции (ЦКЛ) и особенности создания научно-диагностического комплекса на базе растрового электронного микроскопа / рентгеноспектрального микроанализатора и ЦКЛ-приставки с компьютерным обеспечением.

Показано, что метод растровой электронной микроскопии (РЭМ) в сочетании с методом рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) является одним из наиболее востребованных и информативных методов при исследовании материалов ИЭТ. Обычно РЭМ-исследования проводят в режиме регистрация наиболее информативных сигналов, создаваемых вторичными электронами (ВЭ), обратноотраженными электронами (ООЭ), поглощенными электронами (ПЭ) и характеристическим рентгеновским излучением (ХРИ).

Некоторые серийно выпускаемые РЭМ также снабжены спектрометрами для регистрации спектров катодолюминесценции (длинноволнового светового излучения в УФ и видимой части спектра), возникающей при исследовании некоторых материалов ИЭТ, таких как диэлектрики и полупроводники. Исследование спектров катодолюминесценции (КЛ) в принципе позволяет получить информацию о наличии примесных атомов и структурных дефектов (дислокаций, вакансий) в таких материалах. Однако, относительная ограниченность использования этого метода в исследовании материалов ИЭТ связана с методологическими трудностями получения и интерпретации спектров. Так для получения спектра одного участка (или точки) поверхности исследуемого образца с достаточно высоким разрешением (10...20 нм) необходимо затратить десятки минут, причем в процессе исследования возможны изменения спектра КЛ, обусловленные длительным воздействием пучка электронов на образец.

Автором диссертации показано, что при исследовании катодолюминесценции ряда образцов материалов ЭТ с помощью РЭМ (с точки зрения достижения разумного компромисса между затрачиваемым временем и получаемой информацией) достаточно продуктивным является использование метода цветной катодолюминесценции (ЦКЛ), впервые разработанного на физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова.

Особенностью представленной автором диагностики являются результаты проведенной совместно со специалистами физического факультета МГУ работы по созданию научно-диагностического комплекса для исследования материалов на базе РЭМ/РСМА и разработанной катодолюминесцентной приставки. Этот комплекс позволяет проводить РЭМ исследования объектов в режимах одновременной регистрации различных сигналов: ВЭ, ООЭ, ПЭ, ХРИ и KJI, причем регистрация сигнала катодолюминесценции может осуществляться в одном из режимов:

а) интегральной KJI;

б) реальной цветной KJ1 (ЦКЛ) (три канала RGB);

в) ЦКЛ высокого спектрального разрешения (одиннадцать каналов) с разрешением 20...30 нм.

Изготовленная универсальная ЦКЛ-приставка, представляющая собой аппаратно-программный комплекс средств сопряжения РЭМ с IBM PC совместимым компьютером, позволяет трансформировать практически любой РЭМ с аналоговым управлением в многоканальный прибор с цифровым управлением и обработкой информации.

КЛ-излучение, возбуждаемое в образце электронным пучком РЭМ, собирается зеркалом с поверхностью второго порядка, фокусируется на входном окне волоконно-оптической системы и разделяется на три эквивалентных оптических канала: "R", "G" и "В".

Для спектрального анализа КЛ излучения в реальных цветах используются широкополосные светофильтры (R, G, В), аналогичные по своим характеристикам, применяемым в цветном телевидении. После оптической фильтрации в каждом канале КЛ-сигналы преобразуются в электрические, усиливаются с помощью ФЭУ, оцифровываются с помощью АЦП и накапливаются в памяти компьютера, формируя, таким образом, цифровое РЭМ-изображение. Для спектрального анализа с повышенным спектральным разрешением используется набор из 11 светофильтров с полосой пропускания ~ 30 нм.

Анализируя технику эксперимента, констатируется, что в представленном комплексе реализованы принципы обобщенного многоканального РЭМ. Это позволяет ускорить и упростить пользователю получение, обработку и анализ РЭМ информации. Многомерное изображение формируется за один проход развертки и может быть записано на жесткий диск компьютера для последующей обработки. В зависимости от числа и типа используемых каналов из одного многомерного изображения может быть сформировано несколько РЭМ изображений с использованием специализированных программных алгоритмов и принципов цветного композитного контраста.

Управление большинством функций устройства (управление разверткой, накопление и обработка оцифрованных сигналов с каждого из входных каналов, микширование каналов, сохранение изображения и др.) осуществляется персональным компьютером, оснащенным интерфейсными платами и специализированным программным обеспечением. Гибкое взаимодействие аппаратной и программной части устройства в составе научно-диагностического комплекса позволяет проводить электронно-

микроскопический я химический анализ микрообъектов в качественно новых режимах работы, значительно повышая информативность, производительность и эффективность исследований.

Резюмируется, что ЦКЛ - техника в РЭМ оказывается весьма полезным и мощным инструментом для анализа микрообъектов различной физической природы. Изменения спектра (цвета) катодолюминесценции обусловлено не только изменением химического состава (в том числе и на уровне примесей), но и различными несовершенствами кристаллической структуры объектов. Поэтому композитные изображения с использованием режима ЦКЛ могут давать информацию не только о топографии поверхности объекта, но и о химическом, фазовом составах, совершенстве кристаллической структуры.

Подчеркивается также, что применимость ЦКЛ-метода ограничена природой исследуемых объектов, которые должны обладать катодолюминесценцией в видимой части спектра. Среди используемых в производстве изделий ЭТ материалов такими объектами являются изоляционные керамические материалы, материалы для поглотителей и выводов СВЧ-энергии, катодные материалы, ряд полупроводниковых соединений, люминофоры, алмазы и алмазоподобные материалы и др.

На рис. 2-11 приведены изображения, полученные при исследовании некоторых материалов ИЭТ. Они демонстрируют возможности как собственно ЦКЛ-метода в РЭМ, так и в комбинации с традиционными режимами РЭМ (ВЭ, ООЭ и др.).

Из анализа этих рисунков вытекает, что созданная комплексная методика оказывается весьма информативной при исследовании гетерофазных материалов - импрегнированных и металлокерамических катодов мощных СВЧ-приборов. Это подтверждается, в частности, рис. 6, где изображен участок поверхности излома металлокерамического катода (кермет-катода) состава —У20з - А120з. Использование композитного режима ЦКЛ в данном случае дает дополнительную информацию о фазовом составе объекта, которую невозможно получить традиционными методами РЭМ, позволяет визуально осуществлять «топографический» фазовый анализ - наглядно демонстрирует наличие, размер и распределение основных фаз в образце. На фоне «черно-белой» матрицы из зерен вольфрама видны «цветные» люминесцирующие фазы: окиси иттрия (голубая), окиси алюминия (красная) и образовавшегося в результате их взаимодействия алюмоиттриевого граната (зеленая фаза).

Это же относится к рис. 7, где показаны изображения поперечного излома импрегнированного катода мощного СВЧ прибора после эксплуатации. ЦКЛ методика оказывается эффективной для визуальной оценки однородности пропитки вольфрамовой матрицы исходным эмиссионно-активным веществом - алюминатом (люминесцирующая фаза), изменения его химического и фазового состава и возникновения обедненных зон.

Следует отметить, что полезность ЦКЛ-метода определяется не только «подходящим» объектом исследования, но и правильной интерпретацией получаемых результатов. Реализованная нами возможность одновременного определения химического состава люминесцирующих областей методом РСМА позволяет рассматривать получаемые композитные ЦКЛ-изображения не

только как красивые цветные картинки, но и как источник дополнительной информации о химическом и фазовом составе объекта.

Отмечено также, что получение с помощью ЦКЛ приставки видеоинформации об объектах в цифровом виде позволяет применять современное программное обеспечение для работы с изображениями и получать количественные характеристики РЭМ-исследований (возможность проведения количественного фазового анализа, определение размера, формы, ориентации фаз, построение гистограмм и т.д.)- Причем эта возможность может быть также реализована и при исследовании нелюминесцирующих объектов стандартными методами РЭМ, позволяющими выявлять композиционный контраст и структуру исследуемых объектов.

В этой главе описана также возможность получения количественных характеристик регистрируемого катодолюминесцентного излучения, что является очень важным моментом в развитии метода ЦКЛ и его использовании как метода контроля качества материалов.

Для повышения эффективности и удобства анализа, полученных в результате обработки данных, были предложены два способа отображения результатов: визуализации результатов обработки на стандартном цветовом графике и в виде гистограмм доминирующей длины волны (когда представляет интерес распределения цвета люминесценции по поверхности образца).

В заключительном разделе второй главы отмечено, что для развития метода ЦКЛ РЭМ, как метода контроля качества материалов, необходимым и важным этапом является проведение комплексных исследований материалов ЭТ с использованием метода ЦКЛ с целью установления корреляций количественных характеристик катодолюминесценции с изменениями состава, структуры, физических и эксплуатационных свойств материалов.

В третьей главе представлены результаты комплексных исследований катодных материалов мощных ЭВП, выполненных в НИЦ «АТОМ» с использованием разработанных особенностей диагностики, оборудования и методик.

Описано, что комплексная методика анализа материалов с использованием метода ЦКЛ оказалась весьма эффективной для изучения физических свойств импрегнированных и металлокерамических катодов после или в процессе воздействия температурных полей и электронной бомбардировки в мощных СВЧ-приборах. ЦКЛ методика, позволяющая наглядно оценить степень пропитки катодов эмиссионно-активным веществом, его однородность, глубину обеднения приповерхностного слоя в процессе эксплуатации прибора, использовалась для исследования материалов и элементов катодных узлов мощных СВЧ ЭВП на различных этапах их изготовления, а также после службы их в изделиях и форсированных испытаний (см. рис.8-11).

На рис. 8 представлены результаты исследования поперечного излома катода, утратившего эмиссию после наработки 3000 часов. Отчетливо наблюдаемое исчезновение катодолюминесценции (в видимой области спектра) в приповерхностной области катода коррелирует с профилем распределения элементов эмиссионно-активного вещества, построенного на

основании результатов рентгеноспектрального микроанализа. Анализ элементного состава (Ва, Са, А1) проводился на участках размером 50x50 мкм. Полученные концентрационные профили компонентов активного вещества указывают на заметный спад содержания бария и кальция на глубине 200...250мкм. На глубине до 50 мкм от границы рабочей поверхности катода наблюдается незначительное увеличение содержания кальция. Изменение спектра (цвета) катодолюминесценции катода в процессе эксплуатации обусловлено изменением его фазового состава в результате взаимодействия исходного алюмината с вольфрамом и селективного испарения компонентов.

Возможности локального определения химического состава люминесцирующих областей методом РСМА позволяют использовать получаемые ЦКЛ-изображения для визуального анализа химического и фазового состава объекта.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют, что предложенная комплексная методика оказывается весьма мощным инструментом анализа, полезньм как для понимания механизма работы катодов, так и для контроля технологических процессов их изготовления.

Реализованная автором возможность использования комплексных методов исследования материалов и сосредоточенное в НИЦ «АТОМ» оборудование позволили предложить и апробировать эффективную методику определения состава и температуры плавления эвтектик при изучения диаграмм состояния высокотемпературных оксидных систем, значительно уменьшив объем экспериментальных исследований.

В этой же главе подробно описаны результаты комплексных исследований, полученные в процессе синтеза новых перспективных катодных материалов на основе многокомпонентных оксидов РЗМ. С помощью предложенной эффективной методики были определены состав и температура тройной эвтектики в системе УзОз-АЬОз-ЬагОз, рекомендованной для использования в качестве высокотемпературного катодного материала при изготовлении импрегнированных катодов мощных СВЧ-приборов.

Четвертая глава посвящена разработке металлических многокомпонентных материалов с прецизионными физическими свойствами. В ней описаны и проанализированы результаты работ, выполненных в обеспечение отраслевой программы, направленной на повышение надежности и долговечности мощных СВЧ ЭВП. Эти материалы помимо высоких прочностных характеристик также должны обладать определенными электро- и теплофизическими свойствами (удельное электросопротивление, теплопроводность, тепловое расширение и др.) в широком интервале температур для обеспечения формоустойчивости КГГУ в условиях воздействия температурных полей и термоциклических нагрузок, повышения надежности и долговечности работы приборов. Описаны в том числе и результаты исследований и разработки новых жаропрочных сплавов на основе тантала и ниобия для деталей КПУ, превосходящих по комплексу физических свойств используемые в серийном производстве.

Для экспериментального исследования были выбраны сплавы в области твердых растворов двух тройных систем тантал - ниобий - рений и ниобий -

титан - рений. Впервые было проведено исследование комплекса физических свойств (удельного электросопротивления, теплопроводности, теплового расширения, прочностных характеристик) сплавов этих систем в широком интервале температур, построены диаграммы состав - свойство и проведен выбор составов с оптимальным комплексом свойств (см. рис. 12-15).

В системе ниобий - титан - рений титан наиболее эффективно повышает удельное электросопротивление ниобиевых сплавов; рений, хотя и увеличивает их твердость, на изменение электросопротивления влияет незначительно. Требования, предъявляемые к прочностным характеристикам и технологичности разрабатываемого сплава, накладывают ограничения на содержание рения. Согласно литературным данным и результатам наших исследований, легирование рением ниобия и его сплавов эффективно повышает их прочность при концентрациях больших 3 - 4%. Однако для обеспечения удовлетворительной деформируемости сплавов содержание рения не должно превышать 7...8 %. Схема выбора области составов сплавов системы ниобий -титан - рений, удовлетворяющих требованиям ТЗ (заштрихованная область), приведена на рис. 15.

В тройной системе тантал-ниобий-рений наиболее оптимальным сочетанием комплекса электрофизических и технологических свойств обладает область составов сплавов, содержащая 10...20мас.% ниобия, 5 мас.% рения, остальное - тантал. Сплавы этой области составов, обладающие достаточно хорошей технологичностью и высокими прочностными характеристиками, характеризуются также высокими значениями электросопротивления и низкой теплопроводностью при повышенных температурах. Для дальнейшего улучшения прочностных характеристик этих сплавов нами использовался также механизм дисперсионного упрочнения за счет введения в сплав небольших количеств (до 1,5 %) карбидообразующих металлов IV А группы (титана, циркония, гафния).

Описано также в этой главе, что в результате исследований был разработан новый танталовый сплав (состава, % по массе: тантал - ниобия 10, рения 5, гафния 0,5), превосходящий по комплексу свойств чистый тантал и известные сплавы на его основе и рекомендованный к использованию в производстве ЭВП в качестве материалов подогревателей, кернов прямонакальных катодов и других конструкционных деталей КПУ. Его применение позволяет достичь ряда положительных эффектов, таких как повышение механической прочности и формоустойчивости при высоких температурах и термоциклических нагрузках, уменьшение начальных бросков тока и потери мощности в токоподводах, сокращение времени готовности изделий, что приводит к повышению надежности и долговечности работы ЭВП.

Разработана технология выплавки сплава и получения полуфабриката в виде фольги, прутка и проволоки и выпущена опытная партия материала. На состав сплава получено авторское свидетельство на изобретение.

По техническому заданию одного из предприятий подотрасли была осуществлена разработка немагнитного сплава, согласованного по тепловому расширению со специальной керамикой на основе окиси бериллия (керамика СК), для конструкций металлокерамического узла замедляющей системы (ЗС)

мощных спиральных ламп бегущей волны (ЛБВ).

Проведенный анализ состояния разработок прецизионных сплавов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (TKJ1P) показал возможность создания такого сплава на основе ниобия.

Было проведено экспериментальное исследование теплового расширения (в интервале температур 20...1000°С) двойных сплавов ниобия с титаном, ванадием и алюминием и тройных сплавов ниобия с титаном и молибденом в широком интервале концентраций в области твердых растворов. Анализ построенных диаграмм состав-свойство (TKJIP) показал, что наименьшим рассогласование тепловых расширений в интервале 20...1000°С обладает тройной сплав ниобий -22 мас.% титана - 5 мас.% молибдена, который был выбран за основу разрабатываемого сплава.

Была разработала техпология выплавки сплава и получения полуфабриката в виде прутка и выпущена опытная партия материала.

В процессе выплавки опытной партии в состав сплава вводили малые добавки РЗМ (0,1% сплава лантана с иттрием), не влияющие на его тепловое расширение, но улучшающие за счет раскисляющего и модифицирующего действия его технологические свойства. На состав сплава получено авторское свидетельство на изобретение.

Полученные прутки использовались для создания ЗС ЛБВ с повышенной тепловой устойчивостью: были изготовлены детали ЗС и отработана технология сборки ВЧ-блока изделия с использованием деталей из нового сплава. Хорошая согласованность тепловых расширений всех элементов ЗС позволила повысить температуру термокомпрессионной сварки элементов (с 650 до 850 °С), что значительно улучшило качество тепловых контактов.

Внедрение разработанного сплава Н22Т5М с заданным тепловым расширением в конструкцию ЛБВ позволило создать ЗС с высокой теплорассеивающей способностью и стабилизировать выходные параметры прибора (разброс выходной мощности 0,5... 1,5 дБ, разброс коэффициентов линейного усиления не более 4 дБ).

В этой главе также описаны результаты комплексных исследований (состава, структуры и свойств) в широком интервале температур новых перспективных материалов, в том числе:

- 14 ниобатов РЗМ - тугоплавких соединений на основе оксидов редкоземельных металлов и ниобия состава R3Nb07(R - Y, La - Lu);

- монокристалла металлического соединения PdBi,

проведенных с целью получения новых экспериментальных данных об их кристаллическом строении и физических свойствах и установления природы имеющихся фазовых превращений.

Образцы ниобатов РЗМ получали методом твердофазного синтеза с контролем стехиометрического и фазового состава методами РФА и РСМА.

Рис. 2. Композитное изображение люминофора (ЦКЛ+ВЭ, ШПИ— 1000 мкм) Рис. 3. ЦКЛ-изображение спеченной окиси алюминия (ШПИ — 100 мкм) Рис. 4. Поверхность излома керамики 22ХС (ЦКЛ+ВЭ, ШПИ - 300 мкм) Рис. 5. Поверхность оксидноиттриевого синтеркатода (ЦКЛ+ВЭ, ШПИ-800 мкм). Рис. 6. Поверхность излома металлокерамического катода \y-Y2O3-Al2O3 (ЦКЛ+ВЭ, ШПИ - 400 мкм)

Рис. 7. Стандартное (ООЭ, а) и композитное (ООЭ+ЦКЛ, б) изображения приповерхностной области (поперечный излом) импрегнированного катода, ШПИ-1000 мкм

Рис 8. Обеднение приповерхностной области (поперечный излом)

импрегнированного катода после наработки 3000 часов эмиссионно-активным веществом (алюминатом бария и кальция) по данным рентгеноспектрального микроанализа

125 176 225 275 325 375 425 Рлсстожиеот поверхности мыт

Рис. 9. Панорама электронно-микроскопических изображений (ООЭ + ЦКЛ) поверхности поперечного излома катодов двух мощных СВЧ-приборов после наработки 3000 часов. Отчетливо видны обедненные эмиссионно-активным веществом зоны

л» В'г> Ъ) 009 < ( ЦКЛ

п) БЭ ЫОО'г» с)ЦКЛ

Рис. 10. Поверхность излома кермет-

катода. ШПИ-200 мкм. Полученные за один проход развертки «одномерные» (а ,Ь,с) и композитные (с!,е) изображения

Д) В'З + ООЭ е)В:» + 00':>+ЦКЛ

Рис. 11. Поверхность

излома кермет-катода. ШПИ- 200 мкм. Использование режима ЦКЛ наглядно демонстрирует наличие крупной частицы окиси алюминия и образование алюмоиттриевого граната

Рис. 13. Линии равных

значений удельного электросопротивления р (мкОм-см) при 1500°С

сплавов в системе тантал - ниобий - рений

Рис. 15. Схема выбора области оптимального состава ниобиевых сплавов в системе ниобий - титан - рений

мас.% Nb

мас.% Nb

Рис. 14. Линии равных

значений ТКЛР а.106, К"1 (20 -900 °С)

сплавов в системе тантал - ниобий - рений

Рис. 12. Линии равных

значений удельного электросопротивления р (мкОм-см) при 20°С сплавов в системе тантал - ниобий - рений

Та го до_go во Nb

мас.% Nb

При исследовании теплоемкости и теплового расширения в интервале 298...1100 К у 5 из 14 соединений, было установлено наличие областей аномального изменения этих свойств (см. рис. 16, 17). Характер изменения температурных зависимостей теплоемкости и ТКЛР для образцов кзМЪСЬ (Я - 1„а, Рг, бё, N(1) указывает на наличие в данных соединениях превращений Х- типа. Для соединения БгазЫЬО; величина энтальпии существенно выше, а также наблюдается скачкообразное изменение теплового расширения.

Дополнительно проведенный РФА низко- и высокотемпературных модификаций показал отсутствии заметного изменения параметров кристаллической решетки у ниобатов Ьа, Рг, Ос!, N(1 и их скачкообразное изменение для 8т3КЬО; при сохранении сингонии. Это указывает на то, что причиной аномалий физико-химических свойств ниобатов РЗМ является возможное смещение отдельных атомов в кристаллических ячейках.

В заключительной части главы представлены результаты исследования анизотропии физических свойств и кристаллической структуры металлического соединения РёВь

Исследования анизотропии теплового расширения и магнитной восприимчивости РёВ1 (кристаллизующегося согласно литературным данным в ромбической сингонии) проводили на монокристалле, полученном по методу Бриджмена, в направлении основных кристаллографических осей.

Соединение РёВ1 обладает аномальным и крайне анизотропным характером изменения теплового расширения (см. рис. 18). На дилатометрических кривых наблюдается скачкообразное изменение линейных размеров монокристалла при 470К, не приводящее, однако, к изменению его объема (кривая для поликристалла), а также наличие изломов, свидетельствующее о резком изменении температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР).

Следует отметить необычайно низкие значения ТКЛР монокристалла соединения в интервале температур 293...460К в направлении оси с, сравнимые со значениями ТКЛР инварных сплавов. Однако, в отличие от инвара, аномально низкое термическое расширение которого имеет ферромагнитную природу и исчезает выше точки Кюри, низкое значение ТКЛР немагнитного соединения Р<1В1 обусловлено анизотропией сил межатомной связи.

Вышеописанные аномальные изменения ТКЛР свидетельствуют о существовании фазовых превращений в РёВ!, не обнаруженных ранее. Для их дополнительного изучения использовались методы ДТА, калориметрии и исследования магнитной восприимчивости.

Результаты исследования теплоемкости и ДТА соединения Рс1В5 подтверждают наличие в нем трех фазовых превращений при Т1=470,2, Тц=484,9 и Тщ=509,4 К и позволяют предположить, что основная перестройка структуры, сопровождающаяся скачкообразными изменениями линейных размеров кристалла и характеризующаяся наибольшим изменением величины энтальпии, происходит при Т1.

Рис. 16. Температурная зависимость ТКЛР для ниобатов РЗМ {^ЬСЬ, где Я: 1- Рг. 2 - Ьа, 3 - вс!. 4 - N(1

Рис. 17. Температурные зависимости ТКЛР, относительного удлинения и теплоемкости ВггиМЬСЬ в области фазового перехода

Рис. 18. Тепловое

расширение поликристалла и монокристалла соединения Рс1В!

Рис. 19. Температурная зависимость магнитной восприимчивости поликристалла и монокристалла соединения РёВ1

Результаты измерений температурной зависимости магнитной восприимчивости поли- и монокристаллов РёВ1 представлены на рис. 19. Из литературных данных известно, что Р<1 является сильным парамагнетиком а В) - сильным диамагнетиком. Магнитная восприимчивость соединения РсШ5 по абсолютной величине на два порядка меньше. Анизотропия магнитной восприимчивости монокристалла Рс1В1 по трем взаимно перпендикулярным направлениям выражена достаточно сильно. В направлении поля, параллельном оси а РёВ! ведет себя как слабый парамагнетик, а полях, параллельных направлениям осей Ь и с, монокристаллы соедипсния обладают диамагнитными свойствами. На приведённых температурных зависимостях отчётливо проявляются аномалии магнитной восприимчивости поликристаллического и монокристаллического образцов Рс1В1 при температурах фазовых превращений Ть Тц, Тш.

Уточнение кристаллического строения соединения показало, что РёВ! кристаллизуется не в ромбической, а в моноклинной сингонии с параметрами при 293 К: а=5,635(2), Ь=5,661(2), с=10,651 (5) А, у= 100,85(3)°, У=333,7 А3, <1выч= =12,55 г/см3, пр. гр. Р2ь 2=8. Исследована зависимость параметров элементарной ячейки и ее объема от температуры. Параметры элементарной ячейки при 493 К а=5,674(2), Ь=5,691(2), с=10,596(4) А, у=101,4(1)°.

Определены координаты атомов в структуре Рс1В1 при 293 и 493 К и дано описание кристаллической структуры соединения с помощью координационных полиэдров. Показано, что регистрируемый при 470,2 К фазовый переход в структурном отношении выразился лишь в искажении координационных полиэдров и их упаковке.

В пятой главе описано применение разработанных методов физико-химического анализа для решения прикладных задач физики конденсированного состояния.

В этой главе приводятся результаты комплексного исследования состава, структуры и свойств поли- и монокристаллических образцов высокотемпературного сверхпроводящего соединения УВа2Си3Ох и особенности кристаллического строения данного соединения с различной степенью заполнения кислородных позиций.

Экспериментальные образцы соединения УВа2Си3Ох ( х = 6,4; 6,7; 6,9) в поли- и монокристаллическом состоянии получали методом твердофазного синтеза и методом раствора в расплаве. Контроль стехиометрического и фазового состава осуществляли методами РФА и РСМА. Содержание кислорода оценивалось по параметрам элементарной ячейки с последующим его уточнением по результатам рентгеноструктурного исследования (РСА). Полученные керамические и монокристаллические образцы состава УВа2СизОб,9±0,05 переходили в сверхпроводящее состояние при 90 К и 93 К соответственно.

Исследовано кристаллическое строение монокристаллов УВа2Си3Ох с различным содержанием кислорода (х = 6,4 (I), х = 6,7 (П), х = 6,9 (Ш)), определены параметры элементарных ячеек (табл. 1) и координаты позиций, которые занимают атомы У, Ва, Си), Сиг, О), 02, Оз, О4, О5 в элементарной ячейке. Определены межатомные расстояния в координационных полиэдрах

фаз YBa2Cu3Ox и построены проекции кристаллических структур.

Показано, что в зависимости от количества кислорода, входящего в формульную единицу от х =6,4 до х =7,0, происходят изменения в кристаллическом строении фаз YBa2Cu3Ox, которые выражаются не только в искажении элементарных ячеек и незначительном изменении межатомных расстояний, но и, что более важно, в упорядочении заполнения кислородом определенных позиций. Так, в структурах II и III заполнение кислородом позиции е составляет 40% и 78%, а позиции b - 30% и 12% соответственно. Такая тенденция в упорядочении кислородных вакансий должна сказываться на изменении анизотропии физических свойств данных фаз.

Таблица 1.

Кристаллографические константы фаз состава YBa2Cu3Ox

Фаза Пр. гр. a, A b, A c,A Колич. рефл. R

УВа2Си30б.4 P4/mmm 3,861(1) - 11,747(2) 349 0,030

УВа2Си,06л Pmmm 3,834(2) 3,878(1) 11,679(2) 527 0,062

УВа2Си306,9 Pmmm 3,832(1) 3,882(1) 11,665(2) 269 0,029

YBa2Cu307 Pmmm 3,8206(1) 3,8851(1) 11,6757(4) - 0,07

Термоаналитическое исследование соединения (методами калориметрии, ДТА, термогравиметрии, дилатометрии и хроматографии) в широком диапазоне температур и давлений обнаружило аномальные изменения температурных зависимостей теплоемкости и теплового расширения при высоких температурах, связанные с выделением и поглощением кислорода при нагреве и охлаждении и происходящим при этом фазовым переходом УВа2Си3Ох из ромбической (сверхпроводящей) в тетрагональную (не сверхпроводящую) модификацию.

На рис. 20 приведены дилатометрические кривые, полученные при нагреве и охлаждении на воздухе соединения УВа2СизОб,9 (четыре последовательных термоцикла. Аномальное изменение АЬ/Ь наблюдается при температурах выше 700К, причем отмечается несовпадение кривых нагрев-охлаждение в температурном диапазоне проявления этой аномалии, зависящее от скорости нагрева и охлаждения, Полученные результаты позволяют предположить, что наблюдаемые аномалии теплового расширения связаны с изменением содержания кислорода в образце.

Результаты исследования УВагСизО^э при нагреве на воздухе методами хроматографии, термогравиметрии и дифференциально-термического анализа подтвердили предположение о причине аномальных изменений теплоемкости и теплового расширения: при Т> 650 К в образце УВа2СизОб9 происходит потеря кислорода и связанное с ней интенсивное поглощение тепла. Проведенные в разных газовых средах и в вакууме термоаналитические исследования соединения УВа2СизОб,д показали эффективное влияние парциального давления кислорода на кинетику выделения и поглощения кислорода при нагревах и охлаждении (см. рис. 21).

Рис. 20.

Тепловое расширение УВа2Си30б,9 при различных скоростях нагрева и охлаждения (пунктир) на воздухе. Скорость нагрева ~ 10 К/мин; скорость охлаждения ~ 10 К/мин (1, 3,4 кривые) и ~ 200 К/мин (2 кривая)

Рис. 21. Изменение содержания кислорода в соединении УВа2Си3Об9 при нагреве в различных газовых средах (1-5,РобЩ=105Па) " и в вакууме (6,7):

1 - кислород,

2 - кислород + 25% аргона,

3 - кислород + 50% аргона,

4 - кислород + 90% аргона,

5 - аргон,

6-10_1Па,7-10"3Па

При уменьшении парциального давления кислорода в системе от 105 На до 10"2 Па температура начала газовыделения УВагСизОб^ понизилась с 680 до ~ 500 К. Отсутствие четких перегибов на кривых 1 - 5 на рис. 21 свидетельствует об отсутствии фазового перехода из ромбической в тетрагональную фазу при нагреве до ~ 1000 К в кислородно-аргоновых смесях. При охлаждении образца при Рог > Ю4 Па наблюдается обратный процесс - поглощение исследуемым образцом кислорода из газовой среды, и при понижении температуры ниже точки начала разложения вес образца возвращается к первоначальной величине.

Гораздо более интенсивное выделение кислорода происходит в вакууме (кривые 6, 7), причем в процессе нагрева наблюдается изменение кинетики газовыделения, связанное со структурными изменениями в исследуемых образцах - переходом из ромбической в тетрагональную модификацию. Причем в зависимости от степени разряжения фазовый переход происходит при различных значениях температуры и величины потери кислорода - 5 (5 ~ 0,5 при Т-950 К (для Р-10-1 Па) и 5 ~ 0,7 при Т-850 К (для Р~10"3 Па)).

Обнаружена устойчивость соединения УВа2Си3Ох при содержании кислорода от д: = 6,9 до х = 5,8, что свидетельствует об удалении кислорода не только из дефектного "базисного" слоя г/с = 0 перовскитовой подрешетки Ва, но и из других слоев. Таким образом, фазовый переход из ромбической в тетрагональную сингонию, определяющийся в основном изменением содержания кислорода в «базисном» слое, может происходить в широком интервале температур в зависимости от условий нагрева (внешнее давление, парциальное давление кислорода). Полученные результаты объясняют различие приводимых в литературе температур фазового перехода. Устойчивость тетрагональной или ромбической фазы не определяется однозначно температурой, так как за счет изменения общего давления и парциального давления кислорода можно создать условия, при которых будет сохраняться тетрагональная или ромбическая фаза во всем интервале температур до точки разложения.

В заключительном разделе этой главы, в качестве прикладной задачи физики конденсированного состояния, описаны исследования но созданию многокомпонентных материалов с заданным давлением насыщенных паров компонентов в определенном интервале температур. Описана разработка амальгам с заданным давлением паров ртути для люминесцентных ртутных ламп низкого давления (РЛНД).

Давление насыщенных паров (д. н. п.) ртути является одним из основных параметров, определяющих выход светового потока в люминесцентных ртутных лампах низкого давления (РЛНД). Максимальный выход светового потока ламп наблюдается при величине д. н. п. ртути в интервале от 5-10"4 до НО'2 мм рт. ст. Наиболее эффективным способом регулирования давления паров ртути в РЛНД для обеспечения максимального светового потока в широком эксплуатационном интервале температур является использование амальгам.

Следует отметить, что в настоящее время в России практически прекращена разработка и производство амальгам для светотехнических изделий. Некоторые российские производители люминесцентных ламп используют в производстве закупаемые за рубежом амальгамы, являющиеся предметом «ноу хау» фирм-разработчиков светотехнического оборудования. Поэтому проблема разработки и производства амальгам для РЛНД на различные эксплуатационные интервалы температур весьма актуальна.

В диссертации с позиций физико-химического анализа были рассмотрены закономерности изменения д.н.п. ртути сплавов в зависимости от их химического и фазового состава для двойных систем с различным типом взаимодействия компонентов. Было показано, что для гетерофазных амальгам

давление паров ртути в замкнутом объеме будет определяться фазой, имеющей наибольшую упругость паров ртути. Изменение содержания ртути в этой фазе при нагреве определяет аномальный характер температурной зависимости д. н. п. ртути, что может быть использовано при создании амальгам для РЛНД с широким эксплуатационным интервалом температур.

Предложена методология разработки амальгам с заданным д. н. п. ртути в широком интервале температур и метод количественной оценки (на основе знания диаграммы состояния) температурных зависимостей давления паров ртути в сплавах. Для оценки давления паров ртути сплавов систем Н§ - Ме в широком интервале температур разработана методика расчета и построения Р-Т-Х диаграмм, графически отображающих температурные зависимости д. н. п. амальгам с учетом их химического и фазового состава.

Методика расчета д.н.п. для сплавов конкретной системы - Ме заключается в построении Р-Т-Х диаграмма (семейства кривых температурных зависимостей д. н. п. однофазных сплавов с различным содержанием ртути), на которую также наносятся границы раздела областей различного фазового состава, взятые из диаграмм состояния Не - Ме.

На рис. 22 схематически показана методика расчета д.н.п. ртути для двойных сплавов ^-Ме с наиболее распространенным характером взаимодействия компонентов, отраженным на диаграмме состояния (ограниченная растворимость Ме в Н£ и практическое отсутствие растворимости Н§ в твердой фазе Ме, неограниченная взаимная растворимость жидких фаз Ме и Н£, широкая двухфазная область).

Рис. 22. Методика расчета температурных зависимостей давления насыщенных паров ртути для сплавов ртуть-металл: а - диаграмма состояния Щ-Ме;

б - Р-Т-Х диаграмма и рассчитанные температурные зависимости

д. н. п. ртути (х=1), однофазной (х=0,7) и двухфазных (х=0,1 и х=0,01)

амальгам, где х - атомная доля содержания ртути в сплаве

Как видно из рис. 22 б, для однофазной (х=0,7) амальгамы ход кривой д.н.п. ртути аналогичен ходу кривой (х=1) для чистой ртути во всем интервале температур, но лежит ниже последней, причем давление паров пропорционально атомному содержанию ртути в сплаве. Показанный на рисунке аномальный ход температурной зависимости д.н.п. ртути для двухфазных амальгам (х=0,1 и х=0,01) обусловлен двумя процессами: ростом давления пара при повышении температуры и его падением в результате снижения концентрации ртути в жидкой фазе (за счет возрастания растворимости в ней остальных компонентов сплава).

Аномальный вид температурной зависимости д.н.п. гетерофазных амальгам, изменяющих свой фазовый состав в процессе нагрева, является благоприятным фактором, обеспечивающим возможность существенного расширения (в область более высоких значений) эксплуатационного интервала температур люминесцентных ламп. Форма кривой температурной зависимости д. н. п. ртути для гетерофазных амальгам, содержащих жидкую и твердую фазу, определяется, прежде всего, такими факторами, как температура плавления нелетучего компонента и форма линии ликвидуса на диаграмме состояния, отражающая предельную растворимость второго компонента в ртути во всем рассматриваемом интервале температур.

Знание основных «реперных» точек диаграмм состояния (температур плавления фаз, форм кривых солидус и ликвидус, пределов растворимости Ме в

и Щ в Ме, ширины двухфазных областей и др.) необходимо для оценки температурной зависимости давления паров ртути конкретного сплава Н§хМе1.х определенного химического и фазового состава.

Анализ известных двойных диаграмм состояния показал, что задача обеспечения указанного выше оптимального для РЛНД диапазона давлений может быть решена только в случае использования многокомпонентных амальгам, причем наиболее перспективными компонентами для изготовления амальгам с широким эксплуатационным интервалом температур являются эвтектические сплавы на основе индия, висмута, олова, свинца и кадмия (двойные и тройные эвтектики с температурой плавления порядка 100 °С).

В результате экспериментального исследования многокомпонентных сплавов систем Н§-1п-В1 и 1^-В1-5п-РЬ были построены бинарные разрезы диаграмм состояния этих систем Щ - Е2 и Щ - Ез, где Е2 и Ез - двойная и тройная эвтектика состава (вес.%: 30 1п — 70 В» и 46 В1 - 34 Бп - 20 РЬ). Построены Р-Т-Х диаграммы и определены составы амальгам, обеспечивающие заданное давление паров ртути в широком интервале температур (см. рис. 23, табл. 2).

Как видно из табл. 2, амальгамы указанных составов, содержащие от 1 до 10 ат.% ртути, характеризуются достаточно широким рабочим интервалом температур.

а)

ат.% Нд

Рис. 23. Результаты расчета температурных зависимостей д. н. п. ртути для сплавов - Е2 в системе Нс-[л-Вк

а - бинарный разрез - Е2; б - Р-Т-Х диаграмма и рассчитанные температурные зависимости д. н. п. ртути для амальгам состава Н§х(Е)Шо-х, где х - атомный процент содержания ртути в сплаве

Таблица 2.

Влияние содержания ртути в амальгаме на ширину оптимального

эксплуатационного интервала температур для РЛНД

Тип амальгамы Содержание Не, х Интервал температур, °С

Ат. % Вес. % Т 1 мин. Т 1 макс. АТ

Амальгама НЯХ(Е2)ЮО.х 1,0 1,1 27 145 118

3,0 3,3 27 120 93

5,0 5,5 27 110 83

10,0 10,9 27 95 68

Амальгама Н§х(Е3)10о.х 1,0 1,1 23 145 122

3,0 3,4 23 120 97

5,0 5,6 23 110 87

10,0 ПД 23 95 72

Предложенная методология разработки амальгам успешно прошла экспериментальную апробацию в ОКР по созданию люминесцентных источников света на основе безэлектродных индукционных ламп: использование разработанных гетерофазных индий-висмутовых амальгам позволило обеспечить высокие световые отдачи ламп в широком эксплуатационном интервале температур.

Температура, °С

ПГ

- Диапазон

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С целью обеспечения исследований и разработок новых материалов в области электронной техники применительно к созданию новых мощных СВЧ ЭВП, предложена новая диагностика и комплексные методы исследований, реализованные в Научно-исследовательском учебном центре новых технологий и материалов «АТОМ», и осуществлена разработка или модернизация оборудования, в том числе:

1.1 - разработана оригинальная конструкция экспериментальной установки для исследования микроструктуры и комплекса физических свойств (электросопротивления, теплового расширения, температуры плавления) на одном образце небольшого размера в широком интервале температур;

1.2 - создана и широко апробирована комплексная методика анализа материалов ЭТ методами растровой электронной микроскопии (РЭМ) с использованием режима регистрации цветной катодолюминесценции (ЦКЛ) и рентгеноспектрального микроанализа (РСМА):

1.3 - разработан научно-диагностический комплекс для исследования многокомпонентных материалов на базе РЭМ/рентгеноспектрального микроанализатора и разработанной ЦКЛ-приставки с компьютерным обеспечением;

1.4 - на основе этого аналитического оборудования созданы методы для проведения комплексных исследований (состава, структуры и свойств) материалов и узлов новых СВЧ ЭВП в рамках работ, выполняемых Центром по отраслевым и федеральным целевым программам.

2. Показана эффективность предложенной комплексной методики анализа с использованием метода ЦКЛ при исследовании импрегнированных и металлокерамических катодов мощных СВЧ ЭВП, и получены результаты, необходимые, как для понимания механизма работы катодов, так и для контроля технологических процессов их изготовления.

3. С помощью предложенной методики изучения диаграмм состояния высокотемпературных оксидных систем определены состав и температура тройной эвтектики в системе У2Оз-Л12Оз-Ьа2Оз, рекомендованной для использования в качестве высокотемпературного катодного материала при изготовлении импрегнированных катодов мощных СВЧ-приборов.

4. Проведены комплексные исследования (состава, структуры и свойств) новых перспективных материалов и получены новые экспериментальные данные, в том числе:

- проведено исследование теплофизических свойств и кристаллической структуры ряда синтезированных тугоплавких соединений на основе оксидов редкоземельных металлов и ниобия состава ПзМЬО? (Я - У, Ьа - Ьи) при повышенных температурах и изучен характер их изменения при обнаруженных фазовых превращениях;

- проведено исследование физических свойств (теплового расширения и магнитной восприимчивости) и кристаллического строения монокристалла соединения Р<1В1 при повышенных температурах и обнаружена сильно выраженная анизотропия и аномальные изменения этих свойств,

свидетельствующие о существовании трех фазовых переходов, и определены температуры и характер этих превращений;

проведено термоаналитическое исследование поли- и монокристаллических образцов высокотемпературного сверхпроводящего соединения УВа2СизОх в широком диапазоне температур и давлений и определены особенности кристаллического строения данного соединения с различной степенью заполнения кислородных позиций;

- обнаружены аномальные изменения температурных зависимостей теплоемкости и теплового расширения при высоких температурах, связанные с выделением и поглощением кислорода при нагреве и охлаждении и происходящим при этом фазовым переходом УВа2СизОх из ромбической (сверхпроводящей) в тетрагональную (не сверхпроводящую) модификацию;

- показано, что температура фазового перехода зависит от внешнего давления и парциального давления кислорода и в основном определяется изменением содержания кислорода в базисном слое элементарной ячейки.

5. С целью создания новых жаропрочных формоустойчивых сплавов на основе тантала и ниобия с заданным комплексом электрофизических и эксплуатационных характеристиками для деталей КПУ новых мощных СВЧ ЭВП проведено экспериментальное исследование физических свойств (температуры плавления, удельного электросопротивления, теплопроводности, теплового расширения, прочностных характеристик) сплавов двух тройных систем тантал - ниобий - рений и ниобий - титан- рений в широком интервале температур и концентраций; построены диаграммы состав-свойство, являющиеся основой для разработки сплавов с заданными свойствами, и определены области составов ниобиевых и танталовых сплавов.

6. Разработан, запатентован новый танталовый материал, превосходящий по комплексу свойств чистый тантал и его известные аналоги, и рекомендован к использованию в производстве широкого ряда ЭВП в качестве материала, как подогревателей, так и кернов катодов и других конструкционных деталей КПУ. Предложена также на базе выполненных исследований оптимальная технология его получения в виде фольги, прутка и проволоки.

7. Исследовано тепловое расширение предложенных материалов на основе ниобия с заданным ТКЛР, предназначенных для использования в конструкциях металлокерамических узлов изделий электронной техники. На состав материала получено авторское свидетельство на изобретение.

Как показали результаты испытаний, использование разработанного материала в качестве двух конструкционных деталей узла СВЧ ЭВП существенно повышает тепловую устойчивость изделий и стабилизирует их выходные параметры.

8. В качестве прикладной задачи физики конденсированного состояния осуществлена разработка амальгам с заданным давлением паров ртути для люминесцентных ртутных ламп низкого давления (РЛНД), в том числе:

- предложена методология разработки амальгам с заданным давлением насыщенных паров (д. н. п.) ртути и разработана методика расчета д. н. п. ртути в широком интервале температур с учетом химического и фазового состава

амальгам на основании данных диаграмм состояния;

- показано, что использование гетерофазных амальгам, обладающих аномальной температурной зависимостью д. н. п. ртути, может существенно расширить температурный эксплуатационный интервал РЛНД;

- проведено экспериментальное исследование многокомпонентных сплавов систем Hg-In-Bi и Hg-Bi-Sn-Pb, построены бинарные разрезы диаграмм состояния этих систем и определены составы амальгам, обеспечивающие заданное давление паров ртути в широком интервале температур.

Таким образом, решена научная проблема создания, диагностики и экспериментального изучения физических свойств, структурных и фазовых превращений комплекса многокомпонентных материалов с прецизионными параметрами, необходимого для разработки отечественных мощных СВЧ ЭВП нового поколения.

Основное содержание диссертадии отражено в следующих работах:

1. Металловедческий комбайн / Е.М. Савицкий, И.В. Буров, H.A. Томилин и др. // Сплавы редких металлов с особыми физическими свойствами. - М.: Наука, 1975.-С. 144-149.

2. Использование метода первых производных в физико-химическом анализе тугоплавких металлов / Е.М. Савицкий, И.В. Буров, H.A. Томилин и др. // Новые физические методы исследования неорганических материалов: Тезисы докладов Всесоюзного совещания. - Обнинск, 1976. - С. 31-32.

3. Обработка данных электрофизических исследований с помощью ЭВМ / М.Е. Найдич, И.В. Буров, H.A. Томилин и др. // Заводская лаборатория. - 1977. - Т. 43, № 1.-С. 10-15.

4. А. с. 920485 (СССР). Устройство для исследования свойств металлов и сплавов / Е.М. Савицкий, H.A. Томилин, И.В. Буров и др. // Б.И. - 1882. - № 14.

5. Томилин H.A. Физико-химическое изучение теплового расширения некоторых сплавов тугоплавких и редких металлов и разработка сплава с заданным температурным коэффициентом линейного расширения: Дис.... канд. техн. наук. - М.: ИМЕТ РАН, 1982. - 195 с.

6. Использование метода цветной катодолюминесценции для исследования материалов изделий электронной техники / H.A. Томилин, Ю.В. Меньшенин, В.П. Марин и др. // Наукоемкие технологии. - 2004. - Т. 5, № 1. - С. 25-28.

7. Томилин H.A. Комплексная методика анализа материалов изделий электронной техники с использованием метода цветной катодолюминесценции // Наукоемкие технологии. - 2006. - Т. 7, № 4-5. - С. 39-42.

8. Количественный анализ характеристик цветных катодолюминесцентных РЭМ изображений с помощью доминирующей длины волны / П.В. Иванников, Г.В. Сапарин, H.A. Томилин и др. // Наукоемкие технологии. - 2006. - Т. 7, № 4-5. - С. 43-47.

9. Разработка методов контроля качества материалов электронной техники на базе метода цветной катодолюминесценции: Отчет по проекту РФФИ № 06-08-08181 офи-п. /НИЦ «АТОМ». Руководитель проекта H.A. Томилин. -М., 2008.-50 с.

10. Томилин H.A., Сергеев B.C. Разработка методики измерения

температур плавления и исследование высокотемпературных катодных материалов на основе оксидов РЗМ // Наукоемкие технологии. - 2006. - Т. 7, № 4-5. - С. 48-50.

11. Томилин H.A., Сергеев B.C., Кохонов A.A. Исследование импрегнированных катодов мощных СВЧ-приборов // Наукоемкие технологии. - 2005. - Т. 6. - № 3-4. - С. 26-27.

12. Фазовое превращение в ниобате самария Sm3Nb07 при 1055 К / H.A. Томилин, А.Н. Клименко, В.М. Ионов и др. // XII Всесоюзная конференции по химической термодинамике и калориметрии: Тезисы докладов. -Горький, 1988.-С. 15-19.

13. Фазовые превращения в ниобатах РЗМ R3Nb07 при повышенных температурах / А.Н. Клименко, H.A. Томилин, В.М. Ионов и др. // Журнал неорганической химии. - 1990. - Т. 35, вып. 3. - С. 599-603.

14. Томилин H.A., Клименко А.Н., Сергеев Е.С. Термоаналитическое исследование соединения PdBi при повышенных температурах // Известия АН СССР. Неорганические материалы. - 1988. - Т. 24, № 11. - С. 1817-1820.

15. Анизотропия физических свойств и кристаллическая структура PdBi в интервале 293-570К / H.A. Томилин, В.М. Ионов, А.Е. Прозоровский и др. // Кристаллография. - 1989. - Т. 34, вып. 4. - С. 829-834.

16. Высокотемпературное сверхпроводящее соединение YBa2Cu3Ox. Получение, структура, свойства / H.H. Евтихиев, В.М. Ионов, H.A. Томилин и др. // Высокотемпературная сверхпроводимость: Межвуз. сб. научных трудов. -М.: МИРЭА, 1989. - С. 51-66.

17. Томилин H.A., Сергеев B.C., Головатская Т.Е. Использование методов термического анализа для исследования высокотемпературных материалов //Наукоемкие технологии. - 2008. - Т. 9,№ 10. - С. 48-51.

18. А. с. 1596788 (СССР). Сплав на основе тантала / H.A. Томилин, В.П. Марин, И.В. Буров и др. // Б.И. - 1990. - № 15.

19. Исследование физических свойств сплавов системы тантал-ниобий-рений / H.A. Томилин, И.В. Буров, В.П. Марин и др. // Получение, структура, физические свойства и применение высокочистых и монокристаллических тугоплавких и редких металлов: Тез. докл. XII Всесоюзного совещания. -Суздаль, 1987.-С. 9-10.

20. Получение и исследование катодных материалов на основе металлических соединений типа Re2(P3M) в системе рений-иттрий-лантан-церий / H.A. Томилин, И.В. Буров, В.П. Марин и др. // Получение, структура, физические свойства и применение высокочистых и монокристаллических тугоплавких и редких металлов: Тез. докл. XIII Всесоюзного совещания. -Суздаль, 1990.-С. 15-16.

21. Исследование физических свойств сплавов системы тантал-ниобий-рений / H.A. Томилин, И.В. Буров, В.П. Марин и др. // Металлические монокристаллы. - М.: Наука, 1990. - С. 100-105.

22. Исследование возможности создания новых жаропрочных формоустойчивых сплавов на основе тугоплавких металлов для подогревателей и кернов мощных ЭВП: Отчет по НИР № 921 / НИЦ «АТОМ». Руководитель темы Ю.В. Титов, зам. рук. Н.А.Томилин. - М., 1985. - 67 с.

23. Разработка новых жаропрочных сплавов на основе ниобия и тантала для деталей КПУ и создание технологии их изготовления с целью повышения электрофизических и эксплуатационных характеристик: Отчет по ОКР № 1087 / НИЦ «АТОМ». Руководитель темы H.A. Томилин. - М., 1988. - 35 с.

24. Савицкий Е.М., Буров И.В., Томилин H.A. Разработка сплавов с заданным коэффициентом теплового расширения // Сплавы редких и тугоплавких металлов с особыми физическими свойствами. - М.: Наука, 1979.

- С. 99-103.

25. A.c. 824675 (СССР). Сплав на основе ниобия / Е.М. Савицкий, И.В. Буров, H.A., Томилин и др. // Б.И. - 1982. - № 15.

26. Диаграммы состав-свойство / JI.H. Литвак, В.И. Капустин, H.A. Томилин и др. // Физикохимия сплавов редких металлов. - М.: Наука, 1981.

- С. 120-124.

27. Катодные, высокоомные, конструкционные и контактные сплавы / И.В. Буров, H.A. Томилин, Л.Н. Литвак и др. // Физикохимия сплавов редких металлов. - М.: Наука, 1981. - С. 231-233.

28. Поисковые исследования по повышению световой эффективности безэлектродных источников света с ВЧ-возбуждением разряда: Отчет по проекту РФФИ № 05-02-08041 офи-п. / НИЦ «АТОМ». Руководитель проекта В.П. Марин. Исполнители Томилин H.A., Водоватов Б.М. и др. - М., 2006. -80 с.

29. Томилин H.A. Методология разработки амальгам для люминесцентных ртутных ламп низкого давления (РЛНД) // Наукоемкие технологии. - 2007.

- Т. 8, № 4. - С. 44-50.

30. Томилин H.A., Сергеев B.C. Разработка амальгам для ртутных ламп низкого давления. // Наукоемкие технологии. - 2008. - Т. 9, № 10. - С. 51-54.

31. Марин В.П., Томилин H.A., Белов Е.С. Особенности получения и изучения свойств материалов, эксплуатируемых в скрещенных электрических и магнитных полях // Наукоемкие технологии. - 2009. - Т. 10, № 5. - С. 12-18.

32. Физико-технический способ совершенствования композиционных лент для катодов мощных вакуумных приборов / В.П. Марин, H.A. Томилин, Н.В. Яранцев, A.A. Целуев // Наукоемкие технологии. - 2009. - Т. 10, № 5. -С. 19-22.

Томилин Николай Алексеевич

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано к печати 10.09.2009г. Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага типографская №2. Усл. печ. л. 2. Уч.-изд. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ №2463

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И РАЗРАБОТКИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ

МАТЕРИАЛОВ С ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ДЛЯ ВАКУУМНОЙ

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.

1.1. Электронно-управляемые лампы и перспективы их применения. Формулировка научной проблемы.

1.2. Физические процессы, наблюдаемые в электронно-управляемых лампах высокой мощности, и основные требования к созданию основных элементов для КПУ нового поколения вакуумных СВЧ ЭВП.

1.3. Особенности разработки материалов с заданными физическими свойствами

1.4. Физико-химические особенности получения и исследования металлических сплавов с заданным электросопротивлением.

1.5. Наиболее распространенные металлические материалы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения.

1.6. Основные задачи и характеристика проблемы создания аналитических методов исследования физических свойств перспективных материалов для разработки нового поколения мощных СВЧ ЭВП.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Центр физико-химических методов исследования.

2.2. Аналитическое оборудование и методы исследования.

2.2.1. Установка для исследования комплекса физических свойств металлов и многокомпонентных материалов.

2.2.2. Комплексный метод анализа физических свойств материалов с использованием цветной катодолюминесценции .'.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ (ТЕРМОКАТОДОВ) ДЛЯ

МОЩНЫХ ВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ.

3.1. Исследование материалов термокатодов для мощных СВЧ-приборов

3.1.1. Изучение основных свойств материалов импрегнированных катодов.

3.1.2. Особенности свойств металлокерамических катодов.

3.2. Высокотемпературные катодные материалы на основе оксидов РЗМ

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

С ПРЕЦИЗИОННЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ.

4.1. Разработка материалов на основе тантала и ниобия.

4.1.1. Свойства сплавов на основе тантала.

4.1.2. Физические свойства сплавов на основе ниобия.

4.2. Многокомпонентные сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР).

4.3. Исследование фазовых превращений в ниобатах РЗМ.

4.4. Изучение анизотропии физических свойств и кристаллическая структура соединения PdBi.

Выводы к главе 4.

Глава 5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ

ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ.

5.1. Получение и исследование свойств соединения УВа2Си3Ох.

5.1.1. Кристаллическая структура.

5.1.2. Основные свойства соединения.

5.2. Разработка многокомпонентных материалов с заданным давлением паров ртути.

Выводы к главе 5.

Современное состояние и перспективы развития электронной техники (ЭТ) требует глубокого развития 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 сверхвысокочастотной вакуумной электронике.

Создание прецизионных материалов для ЭТ, обладающих заданным комплексом свойств, должно 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, изотопного, 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 и активных элементов (анодов, катодов и др.) ЭТ на всех этапах создания и эксплуатации мощных сверхвысокочастотных (СВЧ) электровакуумных приборов (ЭВП).

Для успешного решения этих задач желательна 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.

Целью настоящей работы являлось создание методов и оборудования для комплексного экспериментального изучения физических свойств и прежде всего, 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, других основных физических свойств многокомпонентных систем;

2) с применением созданных методов выполнено экспериментальное изучение материалов ЭТ на различных этапах производства и эксплуатации мощных сверхвысокочастотных приборов 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.

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.

В плане научно-технического обеспечения этих исследований осуществлена разработка нижеследующего оборудования и методик исследования: а) установки для исследования комплекса физических свойств многокомпонентных металлических и композиционных систем; б) диагностического комплекса на базе растрового электронного микроскопа с рентгеноспектральным микроанализатором (РЭМ/РСМА) и приставки цветной катодолюминесценции (ЦКЛ); в) комплексной методики анализа многокомпонентных систем и изделий электронной техники с использованием метода цветной катодолюминесценции; г) методики изучения и построения диаграмм состояния высокотемпературных оксидных систем.

С использованием разработанных новых методов и усовершенствованного оборудования при исследовании основных физических свойств многокомпонентных систем для мощных СВЧ ЭВП были получены новые экспериментальные результаты, представляющие научную ценность для понимания механизма работы многокомпонентных катодов в мощных СВЧ-приборах.

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, кристаллического 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 R.3Nb07 (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.

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.

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 ме-таллокерамического 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.

На защиту автором выносятся:

1. 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) установки для исследования комплекса физических свойств металлов, бинарных и многокомпонентных материалов — «Металловедческий комбайн»; б) диагностического комплекса на базе растрового электронного микроскопа с рентгеноспектральным микроанализатором (РЭМ/РСМА) и приставки цветной катодолюминесценции (ЦКЛ); в) комплексной методики анализа многокомпонентных материалов с использованием метода цветной катодолюминесценции; г) эффективной 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, полученных с использованием разработанного оборудования и методик, в том числе:

- результаты исследований катодно-подогревательного узла 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 основных элементов подогревателя;

- результаты исследования комплекса физических свойств, кристаллического строения и особенностей протекания фазовых превращений для поли- и монокристаллических образцов соединения УВагСизОх (х = 6,4; 6,7; 6,9), монокристалла соединения PdBi и ряда ниобатов РЗМ - тугоплавких соединений на основе оксидов редкоземельных металлов и ниобия состава R3Nb07 (R - Y, La - Lu) - как перспективных источников Ва, La, Y и др. в катодных и других материалах катодно-подогревательного узла.

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

- жаропрочного высокоомного танталового сплава для нитей подогревателей и кернов катодно-подогревательных узлов (КПУ);

- ниобиевого сплава с заданным тепловым расширением как материалов для конструкций металлокерамического узла замедляющей системы ЛБВ и технологий их получения, так и для 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.

По тематике диссертации представлены 30 работ (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.

Большинство совместных с коллегами публикаций сделано по результатам выполненных в Научно-исследовательском учебном центре новых тех-< нологий 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.

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.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. С целью обеспечения исследований и разработок новых материалов в области электронной техники применительно к созданию новых мощных СВЧ ЭВП, предложена новая диагностика и комплексные методы исследований, реализованные в Научно-исследовательском учебном центре новых технологий и материалов «АТОМ», и осуществлена разработка или модернизация оборудования, в том числе:

1.1 — разработана оригинальная конструкция экспериментальной установки для исследования микроструктуры и комплекса физических свойств (электросопротивления, теплового расширения, температуры плавления) на одном образце небольшого размера в широком интервале температур;

1.2 — создана и широко апробирована комплексная методика анализа материалов ЭТ методами растровой электронной микроскопии (РЭМ) с использованием режима регистрации цветной катодолюминесценции (ЦКЛ) и рентгеноспектрального микроанализа (РСМА):

1.3— разработан научно-диагностический комплекс для исследования физических свойств многокомпонентных материалов на базе РЭМУрентгеноспектрального микроанализатора и разработанной ЦКЛ-приставки с компьютерным обеспечением;

1.4 — на основе этого аналитического оборудования созданы методы использовались для проведения комплексных исследований (состава, структуры и свойств) материалов и узлов изделий новых ЭВП СВЧ, в рамках работ, выполняемых Центром по отраслевым и федеральным целевым программам.

2. Показана эффективность предложенной комплексной методики анализа с использованием метода ЦКЛ при исследовании импрегнированных и металлокерамических катодов мощных СВЧ ЭВП, и получены результаты, необходимые, как для понимания механизма работы катодов, так и для контроля технологических процессов их изготовления.

3. С помощью предложенной методики изучения диаграмм состояния высокотемпературных оксидных систем определены состав и температура тройной эвтектики в системе УгОз-АЬОз-ЬагОз, рекомендованной для использования в качестве высокотемпературного катодного материала при изготовлении импрегнированных катодов мощных СВЧ-приборов.

4. Проведены комплексные исследования (состава, структуры и свойств) новых перспективных материалов и получены новые экспериментальные данные, в том числе:

- проведено исследование теплофизических свойств и кристаллической структуры ряда синтезированных тугоплавких соединений на основе оксидов редкоземельных металлов и ниобия состава R3Nb07 (R - Y, La - Lu) при повышенных температурах и изучен характер их изменения при обнаруженных фазовых превращениях;

- проведено исследование физических свойств (теплового расширения и магнитной восприимчивости) и кристаллического строения монокристалла соединения PdBi при повышенных температурах и обнаружена сильно выраженная анизотропия и аномальные изменения этих свойств, свидетельствующие о существовании трех фазовых переходов и определены температуры и характер этих превращений;

- проведено термоаналитическое исследование поли- и монокристаллических образцов высокотемпературного сверхпроводящего соединения УВа2СизОх в широком диапазоне температур и давлений и определены особенности кристаллического строения данного соединения с различной степенью заполнения кислородных позиций;

- обнаружены аномальные изменения температурных зависимостей теплоемкости и теплового расширения при высоких температурах, связанные с выделением и поглощением кислорода при нагреве и охлаждении и происходящим при этом фазовым переходом УВа2СизОх из ромбической (сверхпроводящей) в тетрагональную (не сверхпроводящую) модификацию;

- показано, что температура фазового перехода зависит от внешнего давления и парциального давления кислорода и в основном определяется изменением содержания кислорода в базисном слое элементарной ячейки.

5. С целью создания новых жаропрочных формоустойчивых сплавов ' на основе тантала и ниобия с заданным комплексом электрофизических и эксплуатационных характеристиками для деталей КПУ новых мощных СВЧ ЭВП проведено экспериментальное исследование физических свойств (температуры плавления, удельного электросопротивления, теплопроводности, теплового расширения, прочностных характеристик) сплавов двух тройных систем тантал - ниобий - рений и ниобий - титан- рений в широком интервале температур и концентраций; построены диаграммы состав-свойство, являющиеся основой для разработки сплавов с заданными свойствами, и определены области составов ниобиевых и танталовых сплавов.

6. Разработан, запатентован новый танталовый материал, превосходящий по комплексу свойств чистый тантал и его известные аналоги, и рекомендован к использованию в производстве широкого ряда ЭВП в качестве материала как подогревателей, так и кернов катодов и других конструкционных деталей КПУ. Предложена также на базе выполненных исследований оптимальная технология его получения в виде фольги, прутка и проволоки.

7. Исследовано тепловое расширение предложенных материалов на основе ниобия с заданным TKJIP, предназначенных для использования в конструкциях металлокерамических узлов изделий электронной техники. На состав материала получено авторское свидетельство на изобретение.

Как показали результаты испытаний, использование разработанного материала в качестве двух конструкционных деталей узла СВЧ ЭВП существенно повышает тепловую устойчивость изделий и стабилизирует их выходные параметры.

8. В качестве прикладной задачи физики конденсированного состояния осуществлена разработка амальгам с заданным давлением паров ртути для люминесцентных ртутных ламп низкого давления (РЛНД), в том числе:

- предложена методология разработки амальгам с заданным давлением насыщенных паров (д. н. п.) ртути и разработана методика расчета д. н. п. ртути в широком интервале температур с учетом химического и фазового состава амальгам на основании данных диаграмм состояния;

- показано, что использование гетерофазных амальгам, обладающих аномальной температурной зависимостью д. н. п. ртути, может существенно расширить температурный эксплуатационный интервал РЛНД;

- проведено экспериментальное исследование многокомпонентных сплавов систем Hg-In-Bi и Hg-Bi-Sn-Pb, построены бинарные разрезы диаграмм состояния этих систем и определены составы амальгам, обеспечивающие заданное давление паров ртути в широком интервале температур.

Таким образом, решена научная проблема создания, диагностики основных свойств, прежде всего физических, комплекса многокомпонентных материалов с прецизионными параметрами, необходимого для разработки отечественных мощных СВЧ ЭВП нового поколения.

1. Булычев A.JL, Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы. М.: Лайт Лтд, 2000.-416 с.

2. Никонов Б.П. Оксидный катод. М.: Энергия, 1979. - 240 с.

3. Киселев А.Б. Металлооксидные катоды электронных приборов. М.: Изд-во МФТИ, 2001. - 240 с.

4. Термоэлектронные катоды / Г.А. Кудинцева, А.И. Мельников, А.В. Морозов и др. М.-Л.: Энергия, 1966. - 368 с.

5. Испытания РЛС (оценка характеристик) / Под ред. А.И. Леонова / А.И. Морозов, С.А. Леонов, В.Ф. Нагулинко и др. М.: Радио и связь, 1990.-260 с.

6. Андреев А.С. Электронная отрасль и военная доктрина России // Электронная промышленность. 1993. - № 11-12. - С. 2-4.

7. Korzhavyi А.Р. Advanced Metallic Materials for Vacuum Devices // Journal Advanced Materials. 1994. - № 1. - P.46-53.

8. Викулов И., Кичаева H. Американская программа по СВЧ вакуумной электронике HiFIVE // Электроника: НТБ. - 2008. - № 5. - С. 70-74.

9. Голант М.Б., Маклаков А.А., Шур Б.М. Изготовление резонаторов и замедляющих систем электронных приборов. М.: Энергия, 1969. - 408 с.

10. Защита резонаторных систем электронных приборов вольфрамом, осажденным из парогазовой фазы / А.Х. Турнер, B.C. Плешаков, А.И. Красовский и др. // Электронная техника. Технология и организация производства. 1971. - Вып. 7. - С. 47-52.

11. Максимов В.Ф. Разработка и исследование электродов СВЧ приборов с повышенной стойкостью к электронной бомбардировке: Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. М., 1979. - 25 с.

12. А.С. 1431583 (СССР). Способ изготовления анодов электровакуумных приборов / А.С. Симонов, Ф.Г. Закиров, С.В. Ламонов и др. Заявлено 04.01.1987г., зарег. 15.0б.1988г.

13. А.С. 164636 (СССР). Способ изготовления электродов электровакуумных приборов / С.В. Ламонов, С.П. Макарова, Ф.Г. Закиров и др. Заявлено 23.08.1988г., зарег. 03.01.1991г.

14. Марин В.П. Состояние и перспективы развития катодного материаловедения для мощных СВЧ ЭВП // Наукоемкие технологии. -2003.-Т. 4, №2. -С. 8-16.

15. Металловедческий комбайн / Е.М. Савицкий, И.В. Буров, Н.А. Томилин и др. // Сплавы редких металлов с особыми физическими свойствами.- М.: Наука, 1975. С. 144-149.

16. А. с. 920485 СССР. Устройство для исследования свойств металлов и сплавов / Е.М. Савицкий, Н.А. Томилин И.В. Буров и др. // Б.И. 1882.- № 14.

17. Томилин Н.А. Физико-химическое изучение теплового расширения некоторых сплавов тугоплавких и редких металлов и разработка сплава с заданным температурным коэффициентом линейного расширения.- Дис. . канд. техн. наук. М.: ИМЕТ РАН, 1982. - 195 с.

18. Белов К.П. Магнитные превращения. М.: Физматгиз, 1959. - 259 с.

19. Обработка данных электрофизических исследований с помощью ЭВМ / М.Е. Найдич, И.В. Буров, Н.А. Томилин и др. // Заводская лаборатория.- 1977.-Т. 43, № 1.-С. 10-14.,

20. Гоулдстейн Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. М.: Мир, 1984. - 450 с.

21. Saparin G.V., Obyden S.K. Color display of videoinformation in the SEM: Principles and application to physics, geology, soil science, biology and medicine// Scanning. 1988. - V. 10. - P. 87-106.

22. Использование метода цветной катодолюминесценции для исследования материалов изделий электронной техники / Н.А. Томилин, Ю.В. Меныпенин, В.П.Марин и др. // Наукоемкие технологии. 2004. -Т. 5,№ 1. - С. 25-28.

23. Томилин Н.А. Комплексная методика анализа материалов изделий электронной техники с использованием метода цветной катодолюминесценции // Наукоемкие технологии. 2006. - Т. 7, № 4-5.- С. 39-42.

24. Иванников П.В. Новые методы исследования люминесцирующих материалов в растровой электронной микроскопии. Дис. . канд. физ.-,мат. наук. - М.: МГУ, 2005. - 216 с.

25. Томилин Н.А., Сергеев B.C., Кохонов А.А. Исследование импрегнированных катодов мощных СВЧ-приборов // Наукоемкие технологии. 2005. - Т. 6, № 3-4. - С. 26-27.

26. Количественный анализ характеристик цветных катодолюминесцентных РЭМ изображений с помощью доминирующей длины волны / П.В. Иванников, Г.В. Сапарпн, Н.А. Томилин и др. // Наукоемкие технологии.- 2006. Т. 7, № 4-5. - С. 43-47.

27. Разработка методов контроля качества материалов электронной техники на базе метода спектральной катодолюминесценции: Отчет по теме «Квант» / НИЦ «Атом». Руководитель темы Н.А. Томилин. М., 2007.- 150 с.

28. Разработка методов контроля качества материалов электронной техники на базе метода цветной катодолюминесценции: Отчет по проекту РФФИ № 06-08-08181 офи-п. / НИЦ «Атом». Руководитель проекта Н.А. Томилин. М., 2008. - 50 с.

29. Исследование возможности создания новых жаропрочных формоустойчивых сплавов на основе тугоплавких металлов для подогревателей и кернов мощных ЭВП: Отчет по НИР № 921 / НИЦ «Атом». Руководитель темы Ю.В. Титов, зам. рук. Н.А.Томилин. М., 1985. -67 с.

30. Томилин Н.А., Клименко А.И, Сергеев B.C. Термоаналитическое исследование соединения PdBi при повышенных температурах //Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1988. - Т. 24, №11. -С. 1817-1820.

31. Анизотропия физических свойств и кристаллическая структура PdBi в интервале 293-570К / Н.А. Томилин, В.М. Ионов, А.Е. Прозоровский и др. // Кристаллография. 1989. - Т. 34, вып. 4. - С. 829-834.

32. Фазовое превращение в пиобате самария Sm3Nb07 при 1055 К / Н.А. Томилин, А.Н. Клименко, В.М. Ионов и др. // XII Всесоюзная конференции по химической термодинамике и калориметрии: Тезисы докладов. Горький, 1988. - С. 15-19.

33. Фазовые превращения в ниобатах РЗМ R3Nb07 при повышенных температурах / А.Н. Клименко, Н.А. Томилин, В.М. Ионов и др. // Журнал неорганической химии. 1990. - Т. 35, вып. 3. - С. 599-603.

34. Высокотемпературное сверхпроводящее соединение УВа2Си3Ох. Получение, структура, свойства / Н.Н. Евтихиев, В.М. Ионов,

35. Н.А. Томилин и др. // Высокотемпературная сверхпроводимость: Межвуз. сб. научных трудов. М.: МИРЭА, 1989. - С. 51-66.

36. Структурные, сверхпроводящие и магнитные свойства боридов YixDyxRh4D4 / Г.С. Бурханов, С.А. Лаченков, Г.С. Кузьмичева и др. // Неорганические материалы. 2005. - Т. 41, № 6. - С. 1-6.

37. Томилин Н.А., Сергеев B.C. Разработка методики измерения температур плавления и исследование высокотемпературных катодных материалов на основе оксидов РЗМ // Наукоемкие технологии. 2006. -Т. 7, №4-5.-С. 48-50.

38. А. с. 1596788 СССР. Сплав на основе тантала / Н.А.Томилин, В.П. Марин, И.В. Буров и др. // Б.И. 1990. - № 15.

39. Исследование физических свойств сплавов системы тантал-ниобий-рений / Н.А. Томилин, И.В. Буров, В.П. Марин и др. // Металлические монокристаллы. М.: Наука, 1990. - С. 100-105.

40. Диагностика и анализ катодных узлов мощных ЭВП СВЧ методами физико-химического анализа с использованием высокоточного аналитического оборудования: Отчет по теме «Русалка Ат» / НИЦ «Атом». Руководитель темы Н.А. Томилин. - М., 2004. - 25 с.

41. Создание базового светотехнического комплекта с безэлектродной люминесцентной лампой: Отчет по теме «Гербицид» / НИЦ «Атом». Руководитель темы В.П. Марин. Исполнители Водоватов Б.М., Томилин Н.А., Никитин О.В. и др. М., 2005. - 105 с.

42. Томилин Н.А. Методология разработки амальгам для люминесцентных ртутных ламп низкого давления (РЛНД) // Наукоемкие технологии.- 2007. Т. 8, № 4. - С. 44-50.

43. Томилин Н.А., Сергеев B.C. Разработка амальгам для ртутных ламп низкого давления // Наукоемкие технологии. 2008. - Т. 9, № 5. -С. 10-15.

44. Исследование элементов и узлов изделий ЭП-10 и РЭП методами физико-химического анализа с использованием высокоточного аналитического оборудования: Отчет по теме «Преобразователь» / НИЦ «Атом». Руководитель темы Н.А. Томилин. М., 1995. - 60 с.

45. Марин В.П. Исследование металлокерамических катодов на основе W-Y2Оз- А1203 // Электронная промышленность. 1982. - Вып. 10-11. -С. 128-129.

46. Торопов Н.А. Диаграммы состояния силикатных систем: Справочник. -М.: Наука, 1965.-350 с.

47. Сиротинкин В.П. Рентгенографическое исследование ниобатов РЗМ R3Nb07 // Журнал неорганической химии. 1982. - Т. 27, № 7. - С. 16481650.

48. Клименко А.Н., Меньшенина Н.Ф. Термоаналитическое исследование ниобатов РЗМ R3Nb07 // Электронная техника. Материалы. 1985.- Вып. 2 (201). -С. 79-81.

49. Клименко А.Н., Сергеев B.C., Сиротинкин В.П. Теплоемкость танталатов РЗМ состава R3Ta07 при повышенных температурах // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1988. - Т. 24, № 6. - С. 1052-1054.

50. Журавлев Н.Н., Жданов Г.С. Рентгенографическое и металлографическое исследование системы висмут-палладий // ЖЭТФ.- 1953. Т. 25, вып. 4. - С. 485-490.

51. Хейкер Д. М., Жданов Г. С., Журавлев Н. Н. Рентгенографическое исследование структуры BiPd // ЖЭТФ. 1953. - Т. 25, вып. 5. - С. 621627.

52. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия. - 1980. - 430 с.

53. Соколовская Е. М., Гузей Л. С. Металлохимия. М.: Изд-во Моск. ун-та,1986.-230 с.

54. Bednorz J.G., Muller К.A. Superconducting Properties of УВа2Си307 // Z. Phys. В. 1986. - V. 64. - P. 189.

55. Johnaton D.C. Variation in the Structural, Magnetic and Superconducting Properties of YBa2Cu307x With Oxygen Content // Chemistry of High-Temperature Superconductors. Washington: American Chemical Society,1987.-P. 136.

56. Takekawa S., Jyi N. High-Temperature Superconductors // Jap. J. App. Phys. 1987.-V. 26, №5.-P. L851-L853.

57. Буш A.A. Получение и исследование соединения YBa2Cu307.x // Проблемы высокотемпературной сверхпроводимости. Информационные материалы. Свердловск: Уральское отделение АН СССР, 1987.-Ч. 1.-С. 78.

58. Capponi J.J. Structure of the 100 К Superconductor between 5 and 300 by Neutron Powder Difraction. Grenoble, 1987. - 20 p. (Preprint Г Universite Sci. technologique et medicale de Grenoble).

59. Muller K.A. International Tables for Crystallography. London: Birmingham, 1969.-V. 1.-517 p.

60. Murphy D.W. Effect of Oxygen Stoichiometry on Structure and Properties in Ba2YCu3Ox // Chemistry of High-Temperature Superconductors. Washington: American Chemical Society, 1987. - 181 p.

61. Дюбуа Б.Ч. Современные эффективные катоды // Радиотехника. 1999. -№4.-С. 55-60.

62. Козлов В.И. Технология и свойства металлопористых катодов для СВЧ приборов // Обзоры по электронной технике. Электроника СВЧ. 1980. -Вып. 6 (409). - С. 65.

63. Киселев А.Б., Морозов О.А., Смирнов В.А. Катоды магнетронов // Электронная техника. СВЧ-техника. 2000. - Вып. 2 (476). - С. 14-17.

64. Марин В.П. Научные и конструкторско-технологические основы разработки и создание базовых узлов мощных ЭВП СВЧ М-типа с долговечностью до 10000 часов. Дис. . докт. техн. наук. - М.: МИРЭА, 1983.- 315 с.

65. Свойства и применение металлов и сплавов для электровакуумных приборов: Справочное пособие / Под ред. Р.А. Нилиндера. М.: Наука, 1973.- 336 с.

66. Савицкий Е.М., Тылкина М.А., Левин A.M. Сплавы рения в электронике. -М.: Наука, 1980.-220 с.

67. Савицкий Е.М., Бурханов Г.С. Металловедение тугоплавких металлов и сплавов. М.: Наука, 1967. - 323 с.

68. Титц Т., Уилсон Дж. Тугоплавкие металлы и сплавы. М.: Наука, 1969. -352 с.

69. Бронштейн П.М., Фрайман Б.С. Вторичная электронная эмиссия. М.: Наука, 1969.-408 с.

70. Васильева Е.В., Прокошкин Д.А. Сплавы ниобия. М.: Наука, 1964. -350 с.

71. Барон В.В. Высокотемпературные сплавы ниобия // Физикохимия сплавов редких металлов. М.: Наука, 1981. - С. 234-245.

72. Савицкий Е.М., Тылкина М.А., Поварова К. Б. Сплавы рения. М.: Наука, 1965. - 335 с.

73. Савицкий Е.М., Буров И.В., Томилин Н.А. Разработка сплавов с заданным коэффициентом теплового расширения // Сплавы редких и тугоплавких металлов с особыми физическими свойствами. М.: Наука, 1979.-С. 99-103.

74. А.с. 824675 СССР. Сплав на основе ниобия / Е.М. Савицкий, И.В. Буров, Н.А. Томилин и др. // Б.И. 1982. - № 15.

75. Диаграммы состав-свойство / JI.H. Литвак, В.И. Капустин, Н.А. Томилин и др. // Физикохимия сплавов редких металлов. М.: Наука, 1981. - С. 112-125.

76. Катодные, высокоомные, конструкционные и контактные сплавы / И.В. Буров, В.И. Капустин, Н.А. Томилин и др. // Физикохимия сплавов редких металлов. М.: Наука, 1981. - С. 217-233.

77. Преснов В.А. Керамика и ее спаи с металлом в технике. М.: Атомиздат, 1969. - 286 с.

78. Борисова А.К. Прецизионные сплавы с особыми свойствами теплового расширения и упругости. М.: Стандарты, 1972. - 152 с.

79. Прецизионные сплавы: Справочник / Под ред. Б.В. Молотилова М.: Металлургия, 1974. - 448 с.

80. Исследование зависимости технологических параметров изготовления замедляющих систем от теплового расширения конструктивных элементов / Г.Ф. Кобзенко, З.Н. Пасечник, Н.Г. Твердохлеб и др. // Электронная техника. Материалы. 1977. - Вып. 10. - С. 111-117.

81. Олех Н.Я., Пасечник З.Н., Твердохлеб Н.Г. Технология изготовления замедляющих систем малых размеров с улучшенными тепловыми контактами // Электронная техника. Электроника СВЧ. 1978. - № 8. -С. 90-93.

82. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник /Под общ. ред. Н.П.Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. - Т. 1.- 992 с.

83. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник /Под общ. ред. Н.П.Лякишева. М.: Машиностроение, 1997. - Т.2.- 1024 с.

84. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник /Под общ. ред. Н.П.Лякишева. М.: Машиностроение, 1999. - Т. 3, кн. 1.- 872 с.

85. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под общ. ред. Н.П.Лякишева. М.: Машиностроение, 2000. - Т. 3, кн. 2.- 448 с.

86. Эллиот Р.П. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургия, 1970. -Т. 1.-455 с.

87. Эллиот Р.П. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургия, 1970.- Т. 2. 472 с.

88. Шанк Ф.А. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургия, 1973.- 760 с.

89. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов. М.: Наука, 1975. - 271 с.

90. Дэльман К., Мюллер Ш., Рот X. О температурном режиме люминесцентных ламп Т5 с высокой световой отдачей // Светотехника. -2005,-№2. -С. 36-37.

91. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974.- 292 с.

92. Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем. М.: Физматгиз, 1959. - 754 с.

93. Приданцева К.С., Соловьева В.А. Тепловое расширение твердых растворов тугоплавких металлов IV, V и VI групп периодической системы // Высокотемпературные неорганические соединения. Киев: Нау-кова думка, 1965. - С. 41-50.

94. Термическое расширение сплавов вольфрама / Е.М. Савицкий, В.Я. Чеховской, К.Б. Поварова и др. // Сплавы редких металлов с особыми физико-химическими свойствами. М.: Наука, 1975. -С. 161-164.

95. Агеев Н.В., Модель М.С. Тепловое расширение хрома и твердых растворов на его основе // Исследования по жаропрочным сплавам. М.: Изд-во АН СССР, 1963.-Т. 10.-С. 15-22.

96. Тарасов Н.Д., Ульянов Р.А., Михайлов Я.Д. Влияние легирования на характер межатомного взаимодействия в твердых растворах на основе ниобия // Высокотемпературные неорганические соединения. Киев: Наукова думка, 1965. - С. 55-60.

97. Каниковский В.Б. Разработка ниобиевых сплавов с заданным коэффициентом линейного расширения и повышенной пластичностью.- Дис. . канд. техн. наук. -М.: МГУ, 1980. 165 с.

98. Курнаков Н.С. Избранные труды. М,: Изд-во API СССР, 1960. - Т. 1.- С. 13-84.

99. Нешпор B.C. О связи между некоторыми термическими характеристиками твердых тел // Физика металлов и металловедение.- 1959. Т. 7, вып. 4. - С. 559-564.

100. Ожигов JI.C., Хрипков Ю.Ф. Тепловое расширение системы медь-молибден // Физ. и химия обработки материалов. 1974. - № 2. -С. 151-153.

101. Савицкий Е.М. Перспективы развития металловедения. М.: Наука, 1972.- 128 с.

102. Анизотропия коэффициента теплового расширения монокристаллов сплавов в системе Y Dy / Е.М. Савицкий, И.В. Буров, Н.А. Томилин и др. // Монокристаллы тугоплавких и редких металлов, сплавов и соединений. - М.: Наука, 1977. - С. 139-141.

103. Журавлев Н.Н. Термическое, микроскопическое и рентгеновское исследование системы висмут-палладий // ЖЭТФ. 1957. - Т. 32, вып. 6.- С. 1305-1312.

104. Барон В.В., Иванова К.Н., Савицкий Е.М. Диаграмма состояния и некоторые свойства сплавов системы ниобий-молибден-ванадий // Изв. АН СССР. Металлургия и топливо. 1960. - № 4. - С. 143-149.

105. Савицкий Е.М., Бычкова М.И., Каниковский В.Б. Влияние легирования на температурный коэффициент линейного расширения ниобия // Сплавы редких металлов с особыми физическими свойствами. М.: Наука, 1979. - С. 222-225.

106. Савицкий Е.М. Металлические соединения — резерв новых материалов // Вестник АН СССР. 1966. - № 11. - С. 48-49.

107. Юм-Розери, Христиан Дж., Пирсон В. Диаграммы равновесия металлических систем. М.: Металлургиздат, 1956. - 399 с.

108. Электрические и эмиссионные свойства сплавов / Е.М. Савицкий, И.В. Буров, С.В. Пирогова, JI.H. Литвак. М.: Наука, 1978. - 296 с.

109. Савицкий Е.М., Тылкина М.А., Поварова К.Б. Диаграмма состояния системы рений молибден // ЖНХ. - 1959. - Т. IV, вып. 2. - С. 424-434.

110. Савицкий Е.М., Тылкина М.А., Поварова К.Б. Диаграмма состояния системы ниобий рений // Атомная энергия. - 1959. - Т. 7, вып. 9.- С. 470-472.

111. Захаров А.И. Разработка физических основ создания сплавов с заданным тепловым расширением. Автореф. дис. . докт. физ.-мат. наук. - М.: МГУ, 1978.-34 с.

112. Савицкий Е.М., Буров И.В., Томилин Н.А. Тепловое расширение некоторых тугоплавких металлических соединений // Доклады АН

113. СССР. 1983. - Т. 271, № 6. - С. 1370-1372.

114. Chang Y.A. A correlation of the coefficient of Thermal Expansion of Metallic Solids with Temperature // J. Physical Chemistry. V. 70, № 4. - P. 13101312.

115. Touloukian Y.S., Kirby R.K., Taylor R.E. Thermal expansion. Metallic Elements and Alloys. New York: Academia Press, 1976. - 1312 p.

116. Straumanis M. The Thermal Expansion Coefficient and the Melting Point of Cubic Elements // J. Appl. Phys. 1950. - V. 21. - P. 936-945.

117. Feschotte P. Thermal Expansion and Melting of Metals // Z. Metallkunde. 1977. - Bd. 68, N 6. - S. 448-450.

118. Vigh A.R. An inverse correlation between linear coefficients of thermal expansion and bound energies of the common elements of the periodic table // Metal Sci. 1975. - V. 9, N 12. - P. 533-534.

119. Mitra S.S., Joshi S.K. Thermal Expansion of Metals // J. Chem. Phys. 1961. -V. 34, N4. - P. 1462-1463.

120. Tummala R.R., Friedberg A.L. Thermal Expansion of Composite Materials // J. of Applied Physics. 1970. - V. 41, N 13. - P. 5104-5107.

121. Brasier J., Hume-Rothery W. The equilibrium diagram of the system bismuth-palladium // J. Less-Common Metals. 1959. - V. 1. - P. 157-164.

122. Буров И.В., Литвак Л.Н. План физико-химического изучения различных свойств металлов и сплавов // Физикохимия сплавов редких металлов. -М.: Наука, 1981. С. 100-111.

123. Расчет остаточного сопротивления тройных твердых растворов на основе никеля / С.В. Пирогова, Ю.А. Успенский, И.В. Буров, И.И. Мазин // Физикохимия сплавов редких металлов. М.: Наука, 1981. - С. 45-50.

124. Дамаск А., Дине Дж. Точечные дефекты в металлах. М.: Мир, 1966. -221 с.

125. Чуприков Г.Е., Посядо В.П., Киселева Т.Т. Выращивание монокристаллов Tb Y, исследование структуры и физических свойств

126. Монокристаллы тугоплавких и редких металлов, сплавов и соединений. М.: Наука, 1977. - С. 128-133.

127. Влияние магнитострикции на тепловое расширение монокристаллов редкоземельных сплавов Gd Dy / К.П. Белов, Е.М. Савицкий, В.Ф. Терехова и др. // Монокристаллы тугоплавких и редких металлов, сплавов и соединений. - М.: Наука, 1977. - С. 133-138.

128. Эспе В. Технология электровакуумных материалов. М.: Энергия, 1962. -Т. 1.-632 с.