Ионно-индуцированные процессы и методы исследования поверхностного слоя металлов и углеграфитовых материалов при высокодозном облучении тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

БОРИСОВ Анатолий Михайлович

ИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ВЫСОКОДОЗНОМ ОБЛУЧЕНИИ МЕТАЛЛОВ И УГЛЕГРАФИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 01.04.08 - Физика плазмы 01.04.01 -Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва — 2005

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "МАТИ" - Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского.

Научный консультант доктор физико-математических наук

Е.С.Машкова

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, А.Ф,Тулинов

профессор (Физический факультет МГУ)

Доктор физико-математических наук Ю.В.Мартыненко

(Российский научный центр «Курчатовский институт»)

Доктор технических наук, В В.Слепцов

профессор (МАТИ)

Ведущая организация: Московский инженерно-физический институт

(государственный университет)

Защита состоится «21» ¡¿¡/ОИ^ 2005 г. в 7 о часов на заседании Диссертационного совета Д501.001.77 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, НИИЯФ МГУ, 19- корпус, ауд. 215

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке НИИЯФ МГУ Автореферат разослан « ^¿^Л 2005г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 501.001.77 д.ф.-м.н., профессор

СТСтСТРАХОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Взаимодействие плазмы, ионных, атомарных и молекулярных потоков с материалами является одним из актуальных направлений исследований современной фундаментальной и прикладной науки. В связи с развитием ионно-плазменных технологий решаются фундаментальные проблемы радиационных повреждений в материалах [1,2], физико-химические проблемы модификации свойств поверхности материалов и синтеза новых материалов [3,4]. Закономерности рассеяния, распыления и вторичных эмиссий при ионно-лучевом воздействии на материалы находят широкое применение для анализа поверхностного слоя материалов, включая in situ анализ и контроль ионно-лучевых и ионно-плазменных технологических процессов [5-7]. Потенциальные возможности ионно-лучевых аналитических методов определяются развитием физических основ процессов взаимодействия ионов с веществом, разработкой методик измерения, обработки и интерпретации получаемых данных. В этом широком направлении научных исследований выделяются проблемы фундаментального характера, решение которых стимулируется практическими приложениями.

Несмотря на большой арсенал средств и методов элементного анализа, количественный анализ таких важных элементов в материалах, как углерод, азот и кислород до сих пор представляет собой сложную задачу. Традиционный комплекс химических и физических методов элементного анализа предусматривает, как правило, наличие эталонных образцов, разрушение самих изделий в процессе исследования. Значительные потенциальные возможности неразрушающего анализа имеют ион-но-лучевые методы при использовании условий повышенной чувствительности к С, N, О. Исследование и реализация таких условий анализа открывает новые возможности исследования поверхностных слоев материалов на основе карбидов, нитридов и оксидов, термодиффузионных процессов цементации, азотирования и окисления.

Имплантация ионов азота, наряду с традиционными методами диффузионного азотирования, является важным методом обработки металлов и сплавов. Актуальными для его развития являются исследования процессов накопления модифицирующей примеси, структуро- и фазооб-разования. В последние годы ведутся активные исследования новых материалов на основе бинарной системы С - N, в частности, исследования по синтезу кристаллического нитрида углерода р - Сз N4, который, как было предсказано теоретически, обладает механическими свойствами, сравнимыми с алмазом или даже превосходящими их [8]. В связи с этим актуальны вопросы исследования закономерностей высокодозного облучения углеродных материалов ионами азота, в том числе, закономерностей распыления и ионно-электронной эмиссии, профилей распределения внедренного азота, структуры измененного поверхностного слоя. Эти же вопросы представляют научный и практический интерес в связи широким применением углеграфитовых материалов в ионно-

плазменной технике (плазменные ускорители и движители, защитные экраны и диверторные пластины термоядерных устройств и т.п.), где первостепенными являются факторы эрозии материала, развитие рельефа поверхности, вторично-эмиссионные явления [9,10].

Экспериментальным исследованиям ионно-индуцированных процессов при высокодозном облучении металлов и углеграфитовых материалов и развитию ионно-пучковых методов исследования поверхностного слоя материалов посвящена данная диссертационная работа.

Цели и задачи исследований. Целью работы является выявление фундаментальных закономерностей высоксдозного ионного облучения углеграфитовых материалов, металлов и сплавов, аналитических возможностей ионно-электронной эмиссии для in situ диагностики и монито-рирования процессов ионного облучения, условий использования ионно-рассеивательной спектрометрии для элементного анализа с повышенной чувствительностью к углероду, азоту и кислороду, создание соответствующего аппаратурного и методического обеспечения и применение новых методик спектрометрии для исследований поверхностных слоев материалов на основе карбидов, нитридов и оксидов, образующихся в ион-но-плазменных и термодиффузионных процессах азотирования и оксидирования. Были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Создание комплекса методик, устройств и установок для экспериментального исследования ионно-индуцированных и термоактивируемых процессов, обуславливающих модификацию поверхностных слоев материалов.

2. Исследование структуры и свойств измененного поверхностного слоя материалов в результате воздействия ионного облучения, плазменных потоков и термодиффузионных процессов с использованием разработанных в процессе выполнения диссертационной работы методик и известных методов исследования материалов таких, как металлография, рентгенография, электронография, спектрометрия резерфор-довского обратного рассеяния (POP), растровая электронная микроскопия (РЭМ), спектрометрия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

3. Исследование поверхностного слоя материалов на основе карбидов, нитридов и оксидов металлов, образующихся в ионно-плазменных и термодиффузионных процессах азогирования и оксидирования (вакуум-но-дуговое осаждение, магнетронное распыление, плазменно-электролитическое оксидирование и др.).

4. Исследование закономерностей высокодозной ионной имплантации в металлы и углеграфитовые материалы, прежде всего, в отношении накопления азота в металлах и углеграфитовых материалах, влияния имплантации азота на трибологические свойства сталей, а также при использовании технологических ионных имплантеров.

б. Исследование закономерностей распыления углеграфитовых материалов при высокодозном облучении ионами азота.

6. Исследование закономерностей ионно-электронной эмиссии твердых тел под воздействием атомарных и молекулярных ионов азота и ионов инертных газов с энергиями в десятки кэВ и возможностей применения этих закономерностей для анализа радиационных нарушений в твердом теле, in situ контроля и диагностики процесса облучения и состояния облучаемой поверхности.

Научная новизна работы. Наиболее существенные научные результаты, полученные в диссертации впервые, состоят в следующем:

— Разработана методика измерений и экспериментально получены эффективные дифференциальные сечения обратного рассеяния протонов околобарьерных энергий (5-7.8 МэВ) ядрами элементов N, О, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Nb и Мо в мишенях с естественным содержанием изотопов. Измеренные сечения положены в основу базы данных метода спектрометрии ядерного обратного рассеяния (ЯОР) протонов для безэталонного неразрушающего элементного анализа материалов с повышенной чувствительностью к углероду, азоту и кислороду.

— Предложено и реализовано использование метода спектрометрии ЯОР протонов околобарьерных энергий для исследования процессов плазменно-электролитического оксидирования, химико-термической и ионно-плазменной обработки металлов и твердых сплавов, для исследования износостойких покрытий на основе оксидов, нитридов и карбидов металлов. Впервые обнаружено формирование специфической морфологии керамикоподобного слоя с включениями неоксидированного алюминия при плазменно-электролитическом оксидировании алюминиевых сплавов, установлен аномальный характер кинетики начальной стадии термодиффузионного азотирования в аммиаке переходных металлов -Fe, Mo и W.

— Экспериментально и с использованием результатов компьютерного моделирования получены количественные характеристики распыления поликристаллических графитов различных марок при высокодозном облучении молекулярными ионами азота энергии порядка десятков кэВ для широкого (0-80°) интервала углов падения ионов. Показано, что расхождения эксперимента и рассчитанных для гладкой поверхности графита значений коэффициента физического (столкновительного) распыления устраняются путем учета микротопографии ионно-индуцированного рельефа в виде распределений локальных углов падения ионов, получаемых с помощью метода гониофотометрии отраженного света.

— Впервые обнаружено, что радиационное разупорядочение структуры углеграфитовых материалов приводит к скачкообразной температурной зависимости ионно-электронной эмиссии, отражающей ионно-индуцированные структурные переходы в облучаемом материале. Экспериментально показано и теоретически обосновано, что при разупоря-дочении структуры твердого тела уменьшается длина свободного пробега вторичных электронов, что приводит к скачкообразному уменьшению коэффициента кинетической ионно-электронной эмиссии.

— Обнаружена сверхтонкая структура в спектрах ЭПР модифицированного слоя графитов, свидетельствующая об образовании при высокодоз-ном облучении графитов ионами азота химических связей между углеродом и азотом. Установлено, что при температурах, близких к комнатной, в облученном слое поликристаллических графитов (МПГ-8, POCO-AXF-5(3) парамагнитные дефекты являются аналогичными дефектам К-типа в БЬ^ и свидетельствуют об образовании включений нитрида углерода СзМ4.

Основная часть результатов получена в работе в результате экспериментальных исследований взаимодействия ионных пучков с поверхностью твердого тела. Ионно-пучковые методы модификации и анализа материалов применены в диссертации для решения ряда новых задач и показали высокую эффективность. Суть научного направления диссертационной работы состоит в развитии экспериментальных ионно-пучковых методов для исследования ионно-индуцированных и термоак-тивируемых процессов, обуславливающих модификацию поверхностных слоев металлов и углеграфитовых материалов.

Практическая ценность работы. Апробированный в ходе решения ряда научных и практических задач метод спектрометрии ЯОР протонов является эффективным методом анализа структуры и состава поверхностного слоя материалов, особенно в случаях, когда требуется повышенная чувствительность к таким важным структурообразующим элементам, как углерод, азот и кислород (химико-термическая обработка металлов и сплавов, анодирование и микродуговое оксидирование вентильных металлов и сплавов, разработка и контроль процессов нанесения покрытий на основе карбидов, нитридов и оксидов, исследование процессов коррозии). Установленные закономерности процессов термодиффузионного азотирования и ионной имплантации важны при разработке новых технологических процессов модификации поверхности металлов и сплавов. Выявленные закономерности распыления углеграфитовых материалов и ионно-электронной эмиссии при ионной бомбардировке важны для решения проблем радиационной стойкости материалов в условиях высоко-дозного облучения и переменных температур, их необходимо учитывать при создании углерод-азотных поверхностных слоев и тонких пленок. Предложенный метод определения флюенса полиэнергетической ионной имплантации с использованием ионно-электронной эмиссии может найти применение а бессепарационных технологических имплантерах. Оригинальность и новизна работы подтверждена авторскими свидетельствами и патентами [11-13].

Достоверность основных положений и выводов обеспечивается использованием современной аппаратуры, надежных и независимых методов исследования, использованием тестированных компьютерных программ моделирования взаимодействия атомных частиц с твердым телом, сравнением и согласием экспериментальных результатов с литературными данными, полученными при сопоставимых условиях.

На защиту выносятся следующие положения:

1 Методики, устройства и установки для экспериментального исследования ионно-индуцированных и термически активируемых процессов, обуславливающих модификацию поверхностных слов материалов, включая спектрометрический комплекс на циклотроне НИИЯФ МГУ, модернизированную приемную камеру масс-монохроматора НИИЯФ МГУ, ионно-лучевую установку МИМ-50 и стенд гониофотометрии отраженного лазерного излучения в МАТИ.

2 Методика и результаты измерений эффективных дифференциальных сечений обратного рассеяния протонов околобарьерных энергий (57.8 МэВ) ядрами элементов N1, О, Мд, А1, Б1, И, V, Сг, Ре, №, Си, ЫЬ, Мо в мишенях с естественным содержанием изотопов.

3. Количественные данные по влиянию технологических параметров модификации и синтеза материалов на состав и структуру поверхностных слоев металлов, твердых сплавов, углерод-азотных материалов и износостойких покрытий на основе нитридов и карбидов металлов, полученные с использованием метода спектрометрии ЯОР протонов. Вывод о том, что при термодиффузионном азотировании в аммиаке кинетика начальной стадии азотирования переходных металлов Ре, Мо и W является аномальной; вывод о том, что при азотирования титана имеет место цикличность формирования е- и 6-нитридных слоев; вывод о том, что при плазменно-электролитическом оксидировании алюминиевых сплавов может формироваться специфическая морфология керамикоподобного слоя с включениями неоксидированного алюминия.

3 Результаты исследования профилей концентрации и дозы имплантированного азота в зависимости от флюенса облучения ионами и N2* энергии 15-35 кэВ нитридообразующих металлов (Мо, ЫЬ, Та, W) и угле-графитовых материалов; профилей имплантированных примесей при бессепарационной имплантации ионами металлов. Выводы о том, что при имплантации в металлы азота при температуре Т < 0.4 Тт стационарное состояние соответствует образованию в поверхностном модифицированном слое стехиометрических нитридов МеЫ; что в углеграфито-вых материалах средняя концентрация азота 25 ат.%) существенно меньше концентрации в гипотетическом нитриде углерода С3Ы4; вывод о том, что аналитическая модель высокодозной имплантации, учитывающая распыление, может служить основой для прогнозирования концентрационных профилей при полиэнергетической имплантации ионов металлов в материалы.

4. Результаты исследования воздействия ионной имплантации на износостойкость хромистой стали; вывод о том, что оксидный слой, образующийся при трибологическом воздействии, может препятствовать аут-диффузии имплантированного азота из материала, в результате чего повышенная износостойкость сохраняется на глубинах существенно превышающих глубину имплантированного слоя.

5. Результаты измерений коэффициента распыления и исследований ионно-индуцированной микротопографии поверхности при высокодозном облучении молекулярными ионами азота энергии 30 кэВ поликристаллических графитов различных марок в широком интервале углов падения ионов на мишень. Вывод о том, что учет микротопографии ионно-индуцированного рельефа в виде распределений локальных углов падения ионов, измеренных с помощью метода гониофотометрии отраженного света, устраняет расхождения эксперимента и рассчитанных при помощи компьютерного моделирования для гладкой поверхности графита значений коэффициента столкновительного распыления.

6. Результаты исследования ионно-индуцированных изменений кристаллической структуры и микротопеграфии поверхности углеграфито-вых материалов при высокодозном ионном облучении в зависимости от температуры, при которой производится облучение. Выводы о том, что высокодозное облучение как ионами так и Аг+ с энергиями в десятки кэВ при температурах, близких к комнатной, приводит к значительному разупорядочению кристаллической структуры материалов, при повышенных температурах облучения структура высокоориентированного пирографта и поликристаллических графитов является близкой к структуре необлученных материалов, в стеклоуглероде возрастает степень упорядоченности.

7. Результаты исследования структуры точечных (электронных) парамагнитных дефектов в углерод-азотных слоях, образующихся при высокодозном облучении углеграфитовых материалов молекулярными ионами азота с энергиями в десятки кэВ. Вывод о том, что метод ЗПР при анализе парамагнитных дефектов комплексов С - N позволяет идентифицировать химические связи углерод-азот; вывод о том, что при температурах, близких к комнатной, в облученном слое графитов марок МПГ-8 и POCO-AXF-5Q парамагнитные дефекты являются аналогичными дефектам К-типа в SfoNU и свидетельствуют об образовании включений нитрида углерода

8. Закономерности кинетической ионно-электронной эмиссии (ИЭЭ) под воздействием атомарных и молекулярных ионов азота и ионов инертных газов, возможности применения этих закономерностей для анализа радиационных нарушений в твердом теле, in situ контроля и диагностики ионного облучения и состояния облучаемой поверхности. Экспериментальные и теоретические оценки молекулярного эффекта ИЭЭ для ионов N2*. Вывод о том, что при разупорядочении структуры твердого тела, вызываемом ионной бомбардировкой, может уменьшаться длина свободного пробега вторичных электронов, что приводит к скачкообразному уменьшению коэффициента ИЭЭ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на российских и международных научных конференциях, совещаниях и семинарах: XIV, XV, XX, XXIII, XXV-XXXIV Международных конференциях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, 1984, 1985, 1990, 1993, 1995-2004), IX-XVI Международных конфе-

ренциях "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Москва, 1989, 1991, 1993, 1995, 1997, 1999, 2001, 2003), X Всесоюзной конференции "Динамика разреженных газов" (Москва, 1989), XIII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск, 1990), Всесоюзном совещании-семинаре "Диагностика поверхности ионными пучками" (Одесса, 1990), Российских научно-технических конференциях «Новые материалы и технологии» (Москва, 1993, 1995, 1997, 2000, 2002), International Conference on Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams (Ukraine, Sumy, 1993,1996), 4-5 European Conference on Accelerators in Applied Research and Technology (Germany, Zurich, 1995; Netherlands, Eindhoven, 1997), XV International Conference on Cyclotrons and their Aplications (France, Caen, 1998), 6 European Particle Accelerator Conference (Sweden, Stockholm, 1998), 11,14 International Conference on Ion Beam Analysis (Hungary, Balatonfured, 1993; Germany, Dresden, 1999), 1 International Congress on Radiation Physics, High Current Electronics, and Modification of Materials (Tomsk, 2000), IX International Workshop on "Ion Beam Surface Diagnostics" (Ukraine, Zaporizhzhya, 2000), V-VI Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические основы ионной имплантации" (Н. Новгород, 2000, 2002), 7 Russian-Japanese Internal Symposium "On interaction of fast charged particles with solids" (Ниж. Новгород, 2000), 19-21 International Conferences on Atomic Collisions in Solids (ICACS-19 - France, Paris, 2001; ICACS-20 - India Toshali Sands, Puri, 2003; ICACS-21 - Italy, Genova, 2004). Ill Республиканской конференции по физической электронике (Ташкент, 2002), 1 и 2 Всероссийской научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва, 2002, 2003), 6 Всероссийском семинаре «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики» (Москва, 2003), XXI-XXX Гагаринских чтениях (Москва, МАТИ, 1995-2004), межотраслевом семинаре по взаимодействию плазмы с поверхностью (Москва, МИФИ, 2001, 2002, 2004), научных семинарах НИИЯФ МГУ.

Работа выполнялась по планам госбюджетных НИР МАТИ (19852004)., а также в рамках соглашения о научном сотрудничестве между МАТИ и НИИЯФ МГУ (1995-2004), в рамках грантов министерства образования РФ: «Разработка научных основ модификации поверхности прецизионных деталей приборов концентрированными потоками высоких энергий» (1996-1997), «Разработка эффективного ядерно-физического метода исследования новых материалов и процессов материалообра-ботки» (1997-1998); гранта Москвы «Разработка научных основ количественного элементного анализа с использованием ядерного обратного рассеяния» (2000г.), гранта РФФИ 00-03-32404 «Структура и свойства бинарных C-N систем в ионно-плазменных процессах» (2000-2002). Результаты работы вошли в курсы лекций, читаемых автором студентам, бакалаврам и магистрам МАТИ, студентам физического факультета МГУ.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены автором либо при его непосредственном участии на всех эта-

пах исследований в составе исследовательских групп в НИИЯФ МГУ и МАТИ, либо им лично. Автору диссертации принадлежат постановка большинства задач, решение которых составляют положения, выносимые на защиту, методические и технические решения по модернизации масс-монохроматора НИИЯФ МГУ и спектрометрического комплекса на циклотроне НИИЯФ МГУ. Определяющим является его вклад в создание установки ионно-лучевой установки МИМ-50 в МАТИ, разработку стенда и методики гониофотометрии отраженного лазерного излучения для исследования ионно-индуцированного рельефа поверхности, разработку компьютерной программы ЫББ для анализа данных спектрометрии обратного рассеяния. Автору принадлежат также предложения по практическому использованию ионно-электронной эмиссии, количественные оценки влияния длины свободного пробега вторичных электронов на угловые зависимости ионно-электронной эмиссии. На основе этих разработок под руководством автора или с его участием проведены многочисленные эксперименты и теоретические расчеты по исследованию поверхностного слоя материалов методом спектрометрии ЯОР, ионно-индуцированных процессов при высокодозном ионном облучении металлов и углеграфитовых материалов, анализ и обобщение полученных данных.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы и 3 приложений. Общий объем диссертации составляет 304 стр. Диссертация содержит 125 рисунков, 8 таблиц, список литературных источников включает 308 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, формулируются цели, задачи исследования, основные результаты и положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическое значение полученных результатов, приводится структура диссертации.

Глава 1 посвящена описанию техники и методики экспериментальных исследований, а также методам теоретического анализа и компьютерною моделирования ионно-индуцированных и термоактивируемых процессов в поверхностных слоях материалов.

Раздел 1.1 содержит описание экспериментальных ионно-лучевых установок. Значительная часть экспериментов проводились на высокопроизводительных масс-монохроматорах секторного типа с симметричным расположением источника и коллектора ионов относительного отклоняющего электромагнита - масс-монохроматоре НИИЯФ МГУ и созданной в МАТИ под руководством автора ионно-лучевой установке МИМ-50. Масс-монохроматор НИИЯФ МГУ позволяет получать сепарированные по массам пучки ионов газов с энергией от 5 до 35 кэВ. Поперечное сечение ионного пучка -0.3 см2, плотность тока ионов в фокусе приемной камеры для ионов Аг+ энергии 30 кэВ ~2 мА/см2, угловой разброс ионов не более ±1°. Приблизительно такими же параметрами характеризуются ионные пучки на установке МИМ-50, на которой проводили облучение как

сепарированными, так и несепарированными по массам ионными пучками с энергией до 50 кэВ. Описаны конструкции экспериментальных устройств в приемных камерах установок, использованных для изучения угловых, температурных и энергетических закономерностей процессов имплантации, распыления и ионно-электронной эмиссии. В работе использовался также бессепарационный ионный имплантер ИМП-60/2 МАТИ, позволяющий получать широкоапертурные, диаметром - 20 см, импульсные пучки ионов металлов. Длительность импульсов ~300 мкс, ток ионов 0.1 - 1 А, частота следования до 50 Гц, максимальное значение ускоряющего напряжения 50 кВ.

Раздел 1.2 содержит краткое описание и характеристики серийного оборудования ионно-плазменного нанесения покрытий, опытно-промышленного оборудования плазменно-электролитического оксидирования МАТИ и экспериментальной установки термодиффузионного азотирования НИИЯФ МГУ, используемых в работе для получения модифицированных поверхностных слоев материалов.

В разделе 1.3 подробно описывается созданный с участием автора экспериментальный спектрометрический комплекс на циклотроне НИИЯФ МГУ, на котором решались задачи спектрометрии ЯОР протонов для аналитических целей.

В разделе 1.4 приводится перечень оборудования и методик, использованных в работе для исследования поверхностных слоев материалов. Для элементного анализа использовался спектрометрический комплекс на ускорителе ЭГ-8 НИИЯФ МГУ, на котором проводили спектрометрию POP, а также спектрометрию атомов отдачи и нерезерфор-довского обратного рассеяния протонов с энергией до 2.5 МэВ [5]. Анализ кристаллической структуры проводили методами дифракции быстрых электронов на отражение на электронографе ЭМР-102 и рентгеновской дифрактометрии. Топографию поверхности исследовали на растровом электронном микроскопе типа Stereoscan 240. Точечные электронные (парамагнитные) дефекты исследовали на модифицированном спектрометре РЭ-1306 НИИЯФ МГУ. Металлографический анализ и измерение микротвердости выполняли на металлографическом комплексе фирмы "Leitz". Для испытания материалов на износостойкость использовали машину трения 2168УМТ. При исследовании шероховатых поверхностей наряду с электронно-оптическими методами использовали метод гониофотометрии отраженного света, позволяющий получать количественные характеристики шероховатой поверхности. Метод реализован на экспериментальном стенде на базе серийного лазерного голографиче-ского стола (He-Ne лазерЛГН-215, X = 0.63мкм).

Раздел 1.5 посвящен описанию методов теоретического анализа и компьютерного моделирования, использованных в ходе выполнения работы. Приводятся краткие сведения о моделях и теоретических подходах, используемых в задачах высокодозного распыления, формирования ионно-индуцированного рельефа, кинетики и динамики накопления им-

плантированной примеси и радиационных повреждений и др. В работе использовали широко распространенную программу моделирования движения ионов в веществе SRIM (версия TRIM-98) [3]. Взаимодействие ионов азота с графитами исследовали также путем анализа результатов компьютерного моделирования, выполненного доктором В. Экштайном из Института физики плазмы им. Макса Планка, Германия (Max-PlanckInstitut fur Plasmaphysik, Garching, Germany), с помощью программы TRIM.SP (версия trvmc 95).

Во второй главе решаются задачи, необходимые для применения в исследованиях поверхностных слоев материалов спектрометрии ядерного обратного рассеяния (ЯОР) протонов околобарьерных (5-8 МэВ) энергий.

В разделе 2.1 обосновываются преимущества и обсуждаются проблемы спектрометрии ЯОР для исследования материалов. Безэталонный неразрушающий анализ концентрационных профилей элементов с использованием ионных пучков проводят методами спектрометрии POP, ядерного (нерезерфордовского) обратного рассеяния, измерения выхода ядерных реакций. Анализ на основе ядерных реакций требует индивидуального для каждого исследуемого элемента подбора типа зондирующих частиц и их энергии. У методов POP и ЯОР этих недостатков нет. Однако, метод POP имеет низкую чувствительность к легким элементам в матрице из тяжелых элементов. В методе ЯОР используются ос-частицы и протоны околобарьерных энергий, когда их взаимодействие с ядрами существенно отличается от кулоновского. При этом повышается чувствительность метода к легким элементам за счет резонансов в энергетической зависимости дифференциального сечения упругого рассеяния Так, широкие перекрывающиеся резонансы функции возбуждения упругого рассеяния протонов на ядрах углерода, азота и кислорода обеспечивают повышенную чувствительность метода ЯОР для этих элементов, начиная с энергии протонов около 2 МэВ [5]. С повышением энергии протонов чувствительность метода ЯОР возрастает. Однако, аналитическое применение метода ЯОР протонов энергии 5 - 8 МэВ сдерживалось, прежде всего, отсутствием данных о сечениях для большого числа элементов.

В разделе 2.2 приведены результаты исследования закономерностей в энергетических спектрах протонов околобарьерных энергий, обратно рассеянных (угол рассеяния 160°) на одно- и двухкомпонентных мишенях либо с однородным по объему мишени составом, либо на двухслойных мишенях. Теоретически и экспериментально показано, что форма парциального спектра ЯОР для данного элемента является практически одинаковой для этого элемента в одно- и двухкомпонентных мишенях.

Это обстоятельство использовано в описанной в разделе 2.3 методике измерений энергетических зависимостей дифференциальных сечений ЯОР протонов <7(£). Зависимости а(£) в относительных единицах получали с помощью преобразования спектров ЯОР для одноэлемент-

ных мишеней. Нормировочный множитель определяли с помощью "внутренних" стандартов. В двухэлементных стехиометрических мишенях стандартом служил один из элементов, для которого сечение а(£) было определено ранее. В двухслойных мишенях стандартом служила фольга из Та, для которого рассеяние протонов при энергиях 5 - 8 МэВ является резерфордовским. Проверку методики проводили для углерода с известной из литературы зависимостью ст(Е). В работе измерены эффективные сечения обратного рассеяния протонов энергии 5.5-7.8 МэВ ядрами элементов N1, О, Мд, А1, "П, V, Сг, Ре, Г\П, Си, ЫЬ, Мо в мишенях с естественным содержанием изотопов. Данные с(£) оформлены в виде электронных таблиц, совместимых с базами данных, используемых в компьютерных программах моделирования спектров обратного рассеяния.

В разделе 2.4 обсуждаются аналитические и компьютерные методы извлечения информации о концентрационных профилях элементов из спектров ЯОР. При анализе тонких модифицированных слоев примесь проявляется в спектрах в виде узкого пика, по площади которого рассчитывается содержание примеси. В ряде случаев возможно прямое преобразование разностных спектров ЯОР для исследуемого и эталонного образцов в профиль распределения примесных элементов по глубине. Наиболее универсальным является метод компьютерного моделирования. В работе использовали разработанную под руководством автора программу ЫВв, протестированную с помощью известной программы ЯиМР, и позволяющую подбирать концентрационные профили элементов в мишени, при которых достигается наилучшее согласие экспериментального и расчетного спектров обратного рассеяния.

Таким образом, в результате проделанной работы освоен новый энергетический диапазон протонов (5-8 МэВ) для исследования материалов методами обратного рассеяния, существенно расширяющий круг решаемых материаловедческих задач.

В главе 3 метод спектрометрии ЯОР протонов используется для решения актуальных материаловедческих задач, связанных с формированием нитридов, карбидов и оксидов в неравновесных ионно-плазменных процессах на поверхности материалов.

В разделе 3.1 приведены результаты исследования высокотемпературного окисления и термодиффузионного азотирования (ТДА) в аммиаке ряда переходных металлов. Показано, что спектрометрия ЯОР протонов позволяет эффективно изучать процессы взаимодействия кислорода с поверхностью металлов и сплавов путем анализа концентрационных профилей кислорода на глубинах до ~50 МКМ. Установлено, в частности, что диффузионное насыщение ванадиевого сплава при температурах 800 и 1000 °С в диапазоне давлений кислорода от 1.6 до 30 Па лимитируется величиной потока кислорода на поверхность. ТДА широко используют в качестве метода химико-термической обработки поверхности металлов и сплавов для повышения износостойкости и коррозионной стойкости сталей, кислотостойкости и износостойкости титановых спла-

BOB. Традиционными методами исследования фазового состава, толщины слоев нитридов и диффузной зоны являются методы рентгеновской дифрактометрии. В диссертационной работе эти характеристики исследованы также с помощью метода ЯОР. Выявлены и обсуждаются кинетические особенности ТДА в аммиаке армко-железа, технического титана ВТ1-0, тугоплавких металлов Nb, Mo, Та и W. Азотирование образцов материалов проводили при температурах 600 - 1100°С с длительностью ТДА от 15 до 480 минут. При ТДА армко-железа и титана обнаружены релаксационные и циклические процессы формирования нитридных слоев. Найдено, что кинетика азотирования, а также влияние на нее температуры для металлов V группы (Nb и Та) и VI группы (Мо и W) качественно различны. Для Nb и Та, нитриды которого являются тугоплавкими, наблюдаются обычные для химико-термических процессов закономерности роста диффузионных слоев. Для Мо и W обнаружены аномалии как в кинетике, так и температурных зависимостях ТДА. При этом установлено, что аномальное замедление роста нитридного слоя в Мо связано с формированием тонкого поверхностного слоя с повышенной концентрацией азота.

В разделе 3.2 приводятся результаты исследований керамикоподоб-ных поверхностных слоев на алюминиевых, магниевых и титановых сплавах, полученных с помощью плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО). Метод позволяет получать толстые (до 400 мкм) керами-коподобные покрытия, которые характеризуются высокой износостойкостью и твердостью, термостойкостью и электроизоляционными свойствами. В диссертационной работе для исследования таких покрытий впервые применены методы POP и ЯОР. Их совместное использование позвонило сочетать высокое разрешение по глубине метода POP и повышенную чувствительность к кислороду метода ЯОР при значительно большей, чем при POP общей глубине анализа. Метод ЯОР дал возможность получить данные о толщине и распределении по глубине основных компонентов покрытий - оксидов алюминия, магния и кремния. Установлено, что в покрытии на алюминиевом сплаве наблюдается поверхностный слой со 100% концентрацией оксида алюминия и промежуточный слой на границе покрытие - металл, где спад концентрации с глубиной может быть немонотонным. Анализ ситуации привел к предположению, что в покрытиях существует поверхностный (оксид) и переходный (смесь оксида и металла основы) слои. Металлографический анализ поперечных шлифов покрытий подтвердил наличие в оксидном слое изолированных металлических включений. Предложена модель процесса ПЭО, в которой образование металлических включений в покрытии находит свое объяснение в рамках представлений о ПЭО, как процессе воздействия на материал мигрирующих по поверхности микродуговых разрядов.

В разделе 3.3 приводятся результаты исследования покрытий на основе нитридов CrN и TiN, используемых в производстве деталей машин и различного инструмента в качестве прочных и износостойких покрытий.

Наиболее важными при аттестации таких покрытий являются толщина и показатель стехиометрии нитридов. В работе получены количественные данные о влиянии технологических параметров нанесения покрытий методами вакуумно-дугового осаждения и магнетронного распыления на элементный состав и толщину CrN и TiN покрытий.

Раздел 3.4 посвящен исследованиям поверхностного слоя твердых сплавов на основе карбида вольфрама (WC) с кобальтовой связкой. Содержание углерода может существенно изменяться в технологии твердых сплавов, не весь углерод может оказаться связанным. Кислород, оказывая отрицательное влияние на свойства твердых сплавов, является наиболее трудно устраняемой и одной из наиболее сложно определяемых обычными аналитическими методами примесей. С помощью метода ЯОР выявлены причины деградации свойств твердых сплавов ВК8 при их эксплуатации, связанные с окислением поверхностного слоя. Благодаря хорошему разделению пиков в спектрах ЯОР для элементов, входящих в покрытия твердых сплавов типа МАЗ (AI2O3 + Ti(CN)+ TiN), метод ЯОР позволяет надежно определять не только наличие элементов в покрытии, но и его структуру.

В разделе 3.5 приведены результаты исследования углерод-азотных материалов, получаемых в экспериментах по синтезу нитрида углерода. В диссертационной работе для таких исследований впервые использовано сочетание методов POP и ЯОР, спектрометрии быстрых атомов отдачи, ЭПР и дифракции быстрых отраженных электронов. Исследованы несколько типов углерод-азотных материалов: спрессованные образцы высокоазотистых углеродных материалов, полученные на химическом факультете МГУ; тонкие пленки, полученные там же лазерно-электроразрядным методом; тонкие пленки и углерод-азотные поверхностные слои, получаемые при высокодозном облучении ионами азота уг-леграфитовых материалов. Установлено, что химические методы разложения и очистки продуктов роданидов ртути Hg(CNS)2 и цинка Zn(CNS)2 позволяют получать аморфное вещество, более чем на 80 ат.% обогащенное углеродом и азотом с отношением N:C, близким к значению 1.33 для нитрида углерода C3N4. Основными примесями вещества являются кислород и водород. Вещество предполагается использовать в качестве исходного материала для синтеза кристаллического В углерод-

азотных пленках, получаемых лазерно-электроразрядным методом, отношение N:C изменяется в зависимости от давления азота в реакционной камере от 0.6 до 0.9. Обнаруживаемые при этом значительные концентрации примесей водорода и кислорода указывают на необходимость мониторирования состава пленок при совершенствовании метода. Практически беспримесные углерод-азотные пленки с концентрацией азота от 5 до 15 ат.% в зависимости от геометрии распыления образуются при высокодозном распылении графитов пучком ионов азота. С помощью ЭПР получены прямые свидетельства о наличии химической связи и ближайшем окружении атомов углерода. В частности, в пленках обнару-

жены парамагнитные дефекты, аналогичные дефектам K-типа в SfeN-s, что свидетельствует об образовании включений нитрида углерода C3N4.

Глава 4 посвящена исследованиям высокодозной ионной имплантации в металлы и углеграфитовые материалы.

В разделе 4.1 обсуждаются проблемы модификации свойств материалов при высокодозной ионной имплантации и обосновывается актуальность решаемых в диссертации задач: зависимости профилей концентрации и дозы имплантированного азота от флюенса облучения для нитридообразующих металлов и углеграфитовых материалов; исследование профилей концентрации примесей при бессепарационной имплантации с использованием вакуумно-дуговых ионных источников; воздействие ионной имплантации на износостойкость стали.

В разделе 4.2 представлены результаты исследования зависимостей дозы D имплантированного азота в поверхностном слое нитридообра-зующих металлов (Nb, Mo, Та, W) от флюенса F ионного облучения в условиях, когда диффузионные процессы в облучаемых металлах подавлены (Г< 0.4Тпл). Это приводит при достаточно больших флюенсах F к стационарному профилю концентрации имплантированной примеси с предельной величиной дозы DCT примеси. Имплантацию ионов азота N+ энергии 35 кэВ в металлические образцы Nb, Mo, Та, Wc Fot "МО17 до 15-Ю17 см"2 проводили на установке МИМ-50. Для измерения зависимостей D(F) использовали метод ЯОР. Установлено, что начальный участок кривых D(F) близок к линейному D »F. При F > 4-1017см'2 рост D замедляется, зависимость D(F) выходит на плато. Значения дозы DCT варьируются от 2.7-1017 до 3.7'1017 ат/см2 в зависимости от сорта металла. Полученные данные представляют интерес как для технологических целей, так и для проверки моделей и компьютерных программ моделирования высокодозной имплантации. В частности, полученные данные соответствуют механизму образования в поверхностных слое стехиометрических нитридов [4].

Раздел 4.3 посвящен исследованиям профилей концентрации имплантированного азота в поликристаллических графитах различных марок, пирографитах и стеклоуглеродах. Актуальность исследований в большой степени обусловлена тем, что ионную имплантацию пытаются использовать для синтеза нитрида углерода. Эволюция профиля концентрации имплантированного азота в зависимости от флюенса F ионного облучения детально изучена для графита МПГ-6 с использованием метода POP. Облучение производили ионами N+ с энергией 35 кэВ на установка МИМ-50. Температура мишеней в процессе облучения не превышала 90°С. Установлены три характерных интервала значений флюенса F. При F< 2.5'1017см'2 по мере облучения наблюдается увеличение концентрации азота в мишени (до 22 ат.%). Полуширина профиля распределения азота в мишени при этом практически не изменяется. При промежуточных флюенсах F увеличивается полуширина распределения азота при неизменном значении его максимальной концентрации. При

достаточно больших флюенсах (F > 8-1017 см'2) достигается стационарное куполообразное распределение с концентрацией азота в максимуме 22 ат.% и полушириной, более чем в два раза превышающей расчетное значение. Стационарная концентрация имплантированного азота зависит от вида и сорта углеграфитового материала. Для поликристаллических графитов МПГ-ЛТ, МПГ-8 (НИИграфит, Москва) и POCO-AXF-5Q (США) при высокодозном облучении ионами N2* энергии 30 кэВ максимальная концентрация имплантированного азота составила 19, 20 и 16 ат.% соответственно, для стеклоуглеродов - -14 ат.%. Принято считать, что при высокодозной имплантации в тех случаях, когда накопление имплантированной примеси в основном определяется распылением, ее концентрация п = Ло/Y, где: По - атомная концентрация матрицы, У - коэффициент распыления [4]. В исследованных случаях оценка по приведенной формуле приводит к завышению концентрации азота более чем в три раза. Следовательно, при имплантации азота в графиты предельная концентрация азота в мишени ограничена не только распылением, а и другими ионно-индуцированными процессами. При повышенной температуре облучаемых мишеней (400-500°С) полуширина профиля азота увеличивается, а концентрация уменьшается примерно в 2 раза.

В разделе 4.4 обсуждаются особенности ионной имплантации, проводимой на бессепарационных технологических имплантерах с вакуум-но-дуговыми (ВДИ) импульсными ионными источниками, имеющими сложный состав ионного пучка как по зарядности ионов, так и их энергиям. Энергия однозарядных ионов Ео определяется ускоряющим напряжением. Энергии многозарядных ионов являются кратными энергии однозарядных. Такого рода полиэнергетическую имплантацию при больших флюенсах облучения проводили на имплантере ИМП-60/2. Полученные с помощью метода POP профили концентрации имплантированных элементов (Al, Ti, Cr, Cu, Nb, Pb) в графитовой (МПГ-6) мишени рассмотрены в рамках аналитической модели высокодозной ионной имплантации [4] с учетом полиэнерегетического состава пучка. Установленное при этом удовлетворительное согласие экспериментально полученных данных с расчетами, как в отношении концентрационных профилей, так и дозы имплантации свидетельствует о возможности использования данной модели для прогнозирования результатов ионной имплантации на бес-сепарационных имплантерах с ВДИ-источниками.

В разделе 4.5 приводятся результаты исследования трйбологическо-го поведения хромистой стали 30X13, из которой изготавливают медицинский, в том числе микрохирургический инструмент, детали точной механики. Износ измеряли на машине трения 2168 УМТ по схеме «диск -палец» весовым методом при нагрузке 100Н и частоте вращения контртела 250 об/мин. Облучение образцов проводили на установке МИМ-50 несепарированным пучком азота, содержащем более 60% атомарных и молекулярных ионов азота (45% N2* и 23% N*), и для сравнения пучком ионов аргона при ускоряющем напряжении 30 кВ. Флюенс облучения

Установлено, что имплантация аргона практически не влияет на износостойкость, а имплантация азота повышает ее в 2-2,5 раза. При этом глубина, на которой наблюдается повышение износостойкости, составляет не менее 40 мкм, что более чем на два порядка величины превышает максимальный проективный пробег ионов (N+) в материале (эффект дальнодействия). Показано, что образующийся в процессе износа динамически равновесный поверхностный оксидный слой может препятствовать аутдиффузии имплантированного азота и быть ответственным за наблюдаемый эффект дальнодействия.

Глава 5 посвящена исследованиям закономерностей распыления поликристаллических графитов при высокодозном облучении молекулярными ионами азота с энергиями в десятки кэВ.

В разделе 5.1 обосновывается актуальность таких исследований. Уг-леграфитовые материалы (поликристаллические графиты, пирографиты, стеклоуглерод и углерод-углеродные композиты) широко используют в конструкциях атомных реакторов, термоядерных и ионно-плазменных устройств, для защиты оболочек аэрокосмических средств. В связи с этим необходимы исследования изменений свойств материалов в результате воздействия потоков ионов и атомов при различных условиях облучения и температурных режимах. Вместе с тем, в литературе мало данных экспериментальных исследований взаимодействия ионов азота с этими материалами.

В разделе 5.2 приведены особенности методики экспериментальных исследований и компьютерного моделирования. Облучение мишеней в виде прямоугольных пластин поликристаллических графитов марок МПГ-ЛТ, МПГ-8 и POCO-AXF-5Q проводили ионами N2* энергии 30 кэВ на масс-монохроматоре НИИЯФ МГУ. Мишени устанавливали в держателе, позволяющем варьировать углы падения 0о ионов на мишень от 0 до 89°, а также изменять температуру мишеней от комнатной до 1000°С. Подго-тозка образцов включала абразивную полировку поверхности, ультра-зауковую очистку, промывку в этаноле и вакуумный отжиг. Коэффициент распыления У определяли по потере веса мишени и флюенсу F облучения в предположении диссоциации молекулярного азота при его взаимодействии с поверхностью. Приводимые в диссертации значения У соответствуют динамически равновесному состоянию облучаемых мишеней. Для in situ контроля перехода поверхностного слоя облучаемой мишени к его Стационарному состоянию, когда его элементный состав и структура перестают изменяться с ростом флюенса F, в процессе облучения измеряли коэффициент ионно-электрониой эмиссии у. Установлено, что стабилизация электронной эмиссии с увеличением флюенса F облучения наступает при F &1019см"2. Такого же порядка величины флюенсы требуются для стабилизации коэффициента У высокодозного распыления. Исследования мишеней как до, так и после облучения включали: элементный анализ методами POP и спектрометрии быстрых атомов отдачи; структурный анализ с использованием рентгеновской дифракции и

электронографии, анализ топографии поверхности при помощи РЭМ и гониофотометрии отраженного света; анализ дефектов электронной структуры методом ЭПР.

В разделе 5.3 приведены и сопоставляются данные об угловых зависимостях коэффициента распыления У(0о). полученные в результате измерений и компьютерного моделирования с помощью программы TRIM SP. Температура мишеней во время облучения была близкой к комнатной. Установлено, что по мере увеличения угла 6о падения ионов на мишень коэффициент распыления У возрастает от 0.4 при нормальном падении ионов до ~ 2 ат./ат.ион при во = 80° для графита МПГ-ЛТ и от 0.6 до 3 ат./ат.ион для графита POCO-AXF-5Q. Значения У для POCO-AXF-5Q оказались более чем в полтора раза более высокими, чем для МПГ-ЛТ как при нормальном падении, так и больших углах падения, однако при во - 60° коэффициенты распыления оказались близкими для всех исследованных сортов графитов, включая графит марки МПГ-8. Расчетная зависимость Vtrim(^o) по результатам компьютерного моделирования для гладкой поверхности вплоть до во ¿80° является более сильной, чем 1/cos во, при во »82°кривая Утгам (во) проходит через максимум. Такой видзависимости У(0о) типичен для столкновитель-ного распыления и отражает наблюдаемый в эксперименте ход кривой У(0о). Сопоставление с данными эксперимента показывает, однако, что зависимость Ytrim(0o) является более сильной, так что при во «60е наблюдается пересечение экспериментальной и расчетной угловых зависимостей У{0о). Варьирование плотности мишени, энергии связи поверхностных атомов, потенциала взаимодействия, учет наличия в мишени имплантированного азота не приводит к устранению расхождений между результатами моделирования и эксперимента. Отмеченный характер расхождений эксперимента и моделирования для гладкой поверхности наблюдали ранее при распылении графитов ионами аргона и изотопов водорода, при этом в качестве основной причины расхождений рассматривали исходную или образовавшуюся в процессе ионного облучения шероховатость поверхности.

В разделе 5.4 приведены результаты исследования ионно-индуциро-ванной микротопографии поверхности и ее влияния на коэффициент распыления. На микроснимках шлифов исследованных графитов до облучения наблюдаются поры и графитированные частицы. Высокодозное ионное облучение приводит к кардинальному изменению исходной топографии. Основными элементами рельефа становятся типичные для физического распыления поликристаллических материалов конусообразные образования и столбчатые наклонные структуры с коническими вершинами. Исследование микротопографии поверхности проводили с помощью метода гониофоторметрии отраженного света. При фотосъемке пространственного распределения отраженного света луч He-Ne лазера направляли по нормали к поверхности образцов, ось цилиндрической фотокамеры при этом перпендикулярна плоскости падения ионов. Уста-

новлено, что ионно-индуцированный рельеф приводит к значительному диффузному рассеянию света, азимутально симметричному только при во = 0. В рамках модели диффузного рассеяния света шероховатыми поверхностями получены распределения локальных углов & наклона микрорельефа относительно базовой поверхности в плоскости падения лазерного луча. Для графита МПГ-ЛТ найдено, что при облучении по нормали к поверхности развивается рельеф с широким и практически симметричным относительно базовой поверхности куполообразным распределением локальных углов наклона. При наклонном падении ионов (во - 30-50°) распределения становятся несимметричными относительно р = 0 и имеют не один пик при ¡}<\ - 0, как в случае облучения по нормали к поверхности, а два — при углах и ¡¡г. Положение одного из пиков соответствует базовой поверхности /?1 » 0°, тогда как положение второго пика зависит от угла падения ионов (Зг » 70" - во. При во > 50° двухпиковая структура распределений не разрешается, доминируют узкие распределения {{$), положение максимума /?2 которых смещается с увеличением угла падения к

В расчетах и компьютерном моделировании распыления шероховатой поверхности одним из основных факторов, обуславливающих различия в распылении гладкой и шероховатой поверхности, является распределение \rffi) локальных углов падения в бомбардирующих ионов. Для гребневидной модели рельефа (в = @ + во) распределение \н{в) связано с распределением /(Р) локальных углов наклона соотношением ос /(р)-С08((?)/С08р. За коэффициент распыления шероховатой поверхности в расчетах мы принимали среднее значение (Утюм^)), где в качестве использовали расчетные данные для гладкой поверх-

ности. Найдено, что проведенный учет ионно-индуцированной микротопографии существенно устраняет расхождения экспериментальной и рассчитанной для гладкой поверхности угловых зависимостей

В целом, при энергиях молекулярных ионов азота в десятки кэВ как значения коэффициентов распыления У, так и ход угловых зависимостей У(0о) в эксперименте являются близкими к результатам расчетов физического (столкновительного) распыления графита.

Глава 6 посвящена исследованиям ионно-индуцированных структурных изменений в углеграфитовых материалах, происходящих при высо-кодозном ионном облучении и температуре мишеней 20-500°С. Исследованы материалы с существенно различной степенью упорядоченности структуры: высокоориентированный пирографит марки УПВ-1Т, поликристаллические графиты марок МПГ-ЛТ, МПГ-8 и Р0С0-АХР-50 и рентге-ноаморфный стеклоуглерод марки СУ-2000.

В разделе 6.1 рассматриваются известные из литературы особенности радиационного воздействия на углеграфитовые материалы. Как и в других твердых телах первичные радиационные дефекты в кристаллической решетке графитов - смещенные атомы и вакансии, обусловлены каскадным механизмом атомных смещений. Смещенные атомы и вакан-

сии в зависимости от температуры облучаемой мишени частично реком-бинируют, или остаются в виде точечных дефектов, или образуют более сложные дефекты — кластеры смещенных атомов и вакансий. В слоистой структуре углеграфитовых материалов, которые выделяют в отдельный класс материалов в исследованиях радиационных повреждений, преимущественно происходит двумерная диффузия смещенных атомов в пространстве между атомными плоскостями графита [2]. Степень радиационных нарушений зависит от температуры, при которой производится облучение материала. Значительные изменения физических свойств, обусловленных радиационными нарушениями, наблюдаются при температурах, близких к комнатной.

В разделе 6.2 анализируются результаты измерений температурных зависимостей коэффициента ионно-электронной эмиссии у{7) при высо-кодозном ионном облучении углеграфитовых материалов. Известно, что процессы, происходящие при взаимодействии ионов с твердым телом, такие, например, как рассеяние ионов, распыление, ионно-электронная эмиссия, ионно-фотонная эмиссия, чувствительны к степени упорядоченности твердого тела. В частности, измерение температурных зависимостей т(7) используют для контроля отжига радиационных нарушений в полупроводниковых материалах. К тому же известно, что величина у для металлов практически не зависит от температуры мишени, если только в исследованном температурном интервале не происходит какой-либо структурно-фазовый переход [7]. Исследование температурных зависимостей у(7) для изученных типов углеграфитовых материалов при высо-кодозном облучении их по нормали к поверхности мишени молекулярными ионами азота показали, что с ростом температуры наблюдается ступенчатое увеличение у при некотором значении Та от 50 до 250°С в зависимости от сорта и марки материала. Ступенчатое увеличение у наблюдали также при облучении как атомарными ионами так и ионами

Аг+. Можно было предположить, что скачки на температурных зависимостях т(7) соответствуют температурам Та ионно-индуцированных структурных переходов в поверхностном слое углеграфитовых материалов.

В разделе 6.3 приведены результаты исследований методом дифракции быстрых электронов на отражение ионно-индуцированных изменений кристаллической структуры поверхностного слоя углеграфито-вых материалов. Для пирографита УПВ-1Т картина дифракции до облучения практически соответствует монокристаллическому графиту. Для поликристаллических графитов электронограммы показывают характерную для поликристаллических материалов систему дифракционных колец. На электронограммах для стеклоуглерода наблюдаются широкие слабоконтрастные диффузные гало, соответствующие наиболее интенсивным кольцам на электронограммах для поликристаллических графитов. Для облученных образцов было установлено, что картина дифракции зависит от температуры, при которой производилось облучение. Вы-сокодозное облучение ионами по нормали к поверхности УПВ-1Т при

комнатной температуре приводит к аморфным гало на электронограм-мах, свидетельствующих о сильном разупорядочении кристаллической структуры. На электронограммах при повышенных температурах Т > Га наблюдаются три размытых кольца, соответствующие поликристаллическому графиту. Для поликристаллических графитов при комнатной температуре облучения наблюдаются диффузные гало, типичные для аморфных материалов, т.е. ионное облучение приводит к радиационному разупорядочению поверхностного слоя При наблюдаются системы дифракционных колец, близкие к таковым для необлученных графитов. Для стеклоуглерода облучение приводит к изменению степени упорядченности структуры модифицированного слоя, что проявляется в изменении контрастности диффузных гало.

Результаты сравнительных исследований микротопографии поверхности, развивающейся при ионном облучении при различных температурах мишеней, представлены в разделе 6.4. Исследования с помощью РЭМ проводили для тех же типов углеграфитовых материалов при высо-кодозном облучении ионами N2 энергии 30 кэВ по нормали к поверхности образцов. Исходная гладкая поверхность пирографита УПВ-1Т после облучения при температурах, близких к комнатной, становится гребневидной с гладкими и пологими стенками гребней. Его облучение при повышенных температурах Т > Та приводит к формированию острых конусообразных топографических элементов высотой ~ 1 мкм, которые, срастаясь друг с другом, образуют системы гребней с крутыми слоисто-изъязвленными стенками. Для поликристаллических графитов, а также для стеклоуглерода при температурах облучения, близких к комнатной, наблюдаются линзообразные кратеры с гладкими стенками размером 0.2 - 0.5 мкм в поперечнике, образующие при пересечении острые кромки и конусообразные вершины. При Т > Га рельеф становится существенно более развитым за счет наноразмерной слоистой структуры стенок ямок травления. Для стеклоуглерода при Т > Те стенки кратеров и хребтов изъязвлены ямками, образующими губчатую структуру субмикронного масштаба и отражающую глобулярно-ячеистую структуру материала.

В разделе 6.5 представлены результаты исследования точечных парамагнитных дефектов в модифицированном высокодозным ионным облучением поверхностном слое поликристаллических графитов. Спектры ЭПР в виде первой производной линии поглощения мощности СВЧ регистрировались при комнатной температуре и 77 К. Спектры ЭПР графитов до облучения представляют собой синглетную слабо асимметричную линию с ^фактором 2.01 и шириной между экстремумами производной ДН = 1.2—1.4 мТ. Для углерода в различном состоянии (черные угли, сажа, активированный уголь, тонкие аморфные пленки а-С, полученные разными методами) спектры ЭПР представляют собой синглетные линии с д = 2.0027-2.0029 и ДН = 0.3-0.4 мТ. ЭПР-анализ поверхностных слоев поликристаллических графитов, испытавших воздействие высокодозного облучения ионами N2* азота энергии 30 кэВ, обнаружил наличие различ-

ных типов парамагнитных дефектов. При температурах облучения, близких к комнатной, т.е. при значительном радиационном разупорядочении структуры, найдены как дефекты, типичные для углерода, так и дефекты, ассоциирующиеся со взаимодействием атомов углерода с атомами азота, количество которых зависит от марки графита. Так, для графита МПГ-ЛТ в спектрах ЭПР обнаружена сверхтонкая структура (СТС), обусловленная взаимодействием неспаренного спина углерода с двумя эквивалентными ядрами 14Ы и содержащая 5 компонент. Для графитов МПГ-8 и Р0С0-ДХЯ-50 обнаружена семикомпонентная СТС, обусловленная взаимодействием неспаренного спина электрона, локализованного на углероде, с тремя эквивалентными ядрами что может быть приписано образованию дефектов -СМз, аналогичных дефектам К-типа в и наличие которых свидетельствует об образовании включений нитрцца углерода Сз^. При повышенных температурах облучения, когда кристаллическая структура модифицированного слоя близка к структуре необлученных графитов, в нем образуются дефекты, принадлежащие лишь графитоподобным фазам. Существование связей между азотом и углеродом в углерод-азотных материалах устанавливается различными методами (рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией, при помощи ядерного магнитного резонанса, комбинационным рассеянием). Однако в ряде случаев выводы о структуре и геометрии связей являются неоднозначными. Наличие СТС в спектрах ЭПР позволяет однозначно ответить на вопрос о числе атомов азота, с которыми связан углерод в той или иной ситуации.

Глава 7 посвящена решению ряда вопросов теории и практики применения кинетической ионно-электронной эмиссии (ИЭЭ) для мониторинга ионно-лучевого воздействия на материалы.

В разделе 7.1 приводятся основные закономерности и выводы теории ИЭЭ, а также краткий обзор работ, в которых это явление использовалось для исследования состояния облучаемой поверхности материалов. ИЭЭ обусловлена процессами ионизации и возбуждения атомов твердого тела и бомбардирующих частиц при парных столкновениях в процессе движения ионов в твердом теле и имеет порог по кинетической энергии (скорости у„). Наиболее разработанной для энергий ионов в десятки кэВ является теория Парилиса-Кишиневского [7] для металлов, согласно которой коэффициент у ИЭЭ под действием атомарных ионов

у =рав^, (1)

где: р - атомная плотность мишени, X -длина пробега вторичных электронов в твёрдом теле, IV- вероятность выхода электронов, ав(у)- сечение ионизации в парных атомных столкновениях налетающего иона скорости \/и атома мишени. При уп « V « уе, где vп«(1-3)-10 см/с, ус -скорость связанных электронов в твердом теле сте(и) ос V. В теоретическом анализе основной вопрос заключается в том, какие электроны являются преобладающим источником эмиссии, каковы эффективные механизмы их возбуждения и транспортировки к поверхности в той или иной ситуа-

ции. Для аналитических целей актуальными являются вопросы влияния на ИЭЭ радиационных повреждений и других изменений характеристик поверхности, вызываемых ионным облучением.

В разделе 7.2 представлены результаты исследования неаддитивности ИЭЭ при облучении молекулярными ионами. Снижение выхода (в расчёте на один атом) при бомбардировке твёрдого тела молекулярными ионами и кластерами замечено во многих электронных процессах: ион-но-электронной и ионно-ионной эмиссии, люминесценции, неупругом распылении. Для так называемого «молекулярного эффекта» ИЭЭ коэффициент уп, как правило, меньше суммы коэффициентов yi, измеренных при той же скорости для п атомов, составляющих молекулу или кластер. Мерой эффекта считают отношение Rn - Уп/л-У1- Для объяснения эффектов неаддитивности Е.С.Парилисом предложен механизм выметания (sweeping-out) электронов головными атомами молекул или кластеров, уменьшающий эффективность последующих столкновений. Применительно к ионно-электронной эмиссии эффективность процесса определяется соотношением между размерами молекулы (радиус гп) и сечением ионизации

Rn(v) = [1 - (1 - 0B(V) /ТГГп2)" ] / (П Ob(v) /*ГП2) (2)

В диссертационной работе неаддитивность ИЭЭ экспериментально изучена для трех поликристаллических мишеней: графита, хрома и золота при бомбардировке атомными и молекулярными ионами N+ и N2* с энергией 15-34 кэв. Установлено, что зависимости yi(v) проявляют линейную зависимость с порогом предсказываемым теорией кинетической эмиссии. Эффект неаддитивности ИЭЭ проявляется в том, что уг < 2yi. В изученном интервале энергий Rn уменьшается со скоростью V, что объясняется увеличением сечения с увеличением скорости иона и, соответственно, неупругих потерь энергии бомбардирующей частицей Для графита Для хрома и золота значения близки к

данным для графита, однако экспериментально найденное уменьшение Иг(у) со скоростью для хрома является более сильным, чем для углерода и чем предсказывается теорией эффекта.

Раздел 7.3 посвящен анализу влияния на величину коэффициента у радиационных нарушений, вызываемых ионным облучением. Рассмотрен вопрос, изменение каких параметров, входящих в формулу (1), определяет ступенчатый характер температурных зависимостей использованных в диссертационной работе для безинерционного in situ мониторинга изменений структуры углеграфитовых материалов. В теории ИЭЭ, где металлы рассматривали как неупорядоченные системы, этот вопрос не обсуждался. Анализ зависимостей у(7) при различных углах падения ионов N2* на поверхность графита МПГ-8 показал, что увеличение угла падения приводит к изменению их поведения. Ступенчатый характер увеличения у с ростом температуры при Та я 200°С трансформируется: на зависимости появляется широкий купол с

максимумом при Тр « 130°С Были проанализированы угловые зависимости усО80о, в которых значени^взяты из результатов измерений у(Т) при трех температурах облучения 40, 130 и 250°С. Форма зависимостей У'СОбОо, а именно - слабая зависимость У'СОвбо при углах падения ионов вплоть до некоторого критического значения переходящая при к быстрому уменьшению, является характерной для кинетической ионно-электронной эмиссии при энергиях ионов порядка десятков кэВ и связана, в частности, с тем что глубина (КеСОвбо), на которой происходит возбуждение электронов в столкновении бомбардирующей частицы с атомами мишени, становится меньше длины пробега вторичных электронов значение стремится к предельному значению У||щ я Р^е(У) Я» и/ Для качественного сопоставления с экспериментом использовали аппроксимацию угловой зависимости У'СОЭбо

где угол 0С определяется равенством СО80с = X.

Экспериментально найденный ход зависимостей усовбо качественно соответствует аппроксимации (3), если предположить, что при увеличении температуры Т, при которой производится облучение, в области увеличивается длина пробега вторичных электронов , а глубина Яе при температурах 40 и 250°С одинакова, тогда как при промежуточной температуре Гр она несколько увеличивается Таким образом, ступенчатые изменения зависимости у(Т) можно связывать с изменением длины пробега вторичных электронов X Увеличение X с температурой обуславливается уменьшением эффективного сечения рассеяния электронов на атомных остовах при упорядочении кристаллической структуры твердого тела в результате отжига радиационных нарушений, создаваемых высо-кодозным ионным облучением

В разделе 7.4 приводятся результаты исследования ИЭЭ металлов при сопоставимых потоках на поверхность разреженного газа и быстрых ионов Сильная зависимость ИЭЭ от покрытия поверхности адсорбированными атомами газов представляет значительный интерес для диагностики поверхности ионными пучками Актуальным является вопрос о влиянии типа адсорбата на ИЭЭ В диссертационной работе экспериментально изучены закономерности ИЭЭ в процессе динамической очистки поликристаллических металлов Ре, N11, Си, Мо и сплава Ре-М (36% Г\П, 64% Ре) бомбардировкой ионами аргона с энергиями 30 - 40 кэВ после фиксированных экспозиций от 1 до 5-103 Л в кислороде, аргоне и остаточном газе вакуумной камеры. Кроме того, измеряли установившиеся коэффициенты при различных соотношениях на поверхность потоков разреженного газа и быстрых ионов Установлено, что адсорбция газов может приводить как к повышенной, так и пониженной ИЭЭ, по сравнению с динамически чистой поверхностью мишеней После экспо-

зиции мишеней в остаточном газе, содержащем в основном молекулы НгО, МНз, СО, СпНт, наблюдали повышенную ИЭЭ, а после экспозиции мишеней в кислороде наблюдали пониженную ИЭЭ. В процессе очистки поверхности эмиссия электронов экспоненциально приближается к уровню, соответствующему чистой поверхности металлов.

В разделе 7.5 рассмотрены возможности применения ИЭЭ для определения флюенса облучения полиэнергетическим пучком ионов, генерируемых вакуумно-дуговым ионным источником (ВДИ). Флюенс ионного облучения обычно определяют посредством измерения заряда О ионов, прошедших в цилиндр Фарадея. В бессепарационных ионных импланте-рах с ВДИ-источниками, генерирующими многозарядные ионы, измерения заряда 0 недостаточно для определения флюенса облучения. Необходимы также данные о зарядовом составе пучка ионов Прямые измерения фр требуют масс-сепарации ионного пучка и выполняются на специальных стендах. При использовании ВДИ для технологических целей флюенс ионного облучения оценивают косвенно Р = 01{ф, где средний заряд ионного пучка (ф определяют по данным стендовых измерений фч. Возможность определения флюенса Г посредством измерений ионного тока и тока вторичных электронов следует из того, что в интервале энергий десятков кэВ эффективный коэффициент ИЭЭ

к = /е//, = к1<д1й>/<д>*к1/<д1*>.(4)

Отсюда может быть найден средний заряд {ф, необходимый для расчета флюенса Р. Апробация метода проведена на имплантере ИМП-60/2 на пучках ионов хрома и меди. Установлено, что отношение токов изменяется как от импульса к импульсу, так и в пределах одного импульса ионного тока. Эти изменения свидетельствуют об изменении зарядового состава ионного пучка в процессе работы ионного источника. Средний заряд в пучке ионов меди, рассчитанный согласно соотношению (4), колеблется от 1.5 до 3.4, что соответствует литературным данным по генерации ионов меди вакуумной дугой. Таким образом, измерения ИЭЭ позволяют не только определять флюенс ионного облучения, но и контролировать динамику работы ВДИ-источника.

Заключение содержит перечень основных результатов и выводов, полученных в диссертации.

Диссертационная работа посвящена решению ряда важных проблем физики взаимодействия плазмы, ионных, атомарных и молекулярных потоков с материалами, связанных с развитием ионно-пучковых методов для мониторинга, исследования и модификации поверхностного слоя металлов и углеграфитовых материалов, обусловленной ионно-индуцированными и термоактивируемыми процессами.

Наиболее существенные научные результаты работы состоят в следующем.

1 На основе сравнительного анализа ядерного обратного рассеяния (ЯОР) протонов околобарьерных энергий одно- и двухкомпонентными мишенями разработана методика и измерены (для угла рассеяния 160°) эффективные дифференциальные сечения ЯОР протонов энергии 5.5 -7.8 МэВ ядрами элементов N1, О, Мд, А1, Д V, Сг, Ре, N11, Си, ЫЬ, Мо в мишенях с естественным содержанием изотопов. Полученные данные служат в настоящее время базой для элементного анализа материалов методом спектрометрии ЯОР протонов околобарьерных энергий. Исследованный энергетический интервал характеризуется повышенной чувствительностью метода ЯОР протонов к легким элементам и глубиной анализа материалов до ~100 мкм.

2. Спектрометрия ЯОР протонов впервые использована для исследования процессов нанесения износостойких покрытий на основе нитридов и карбидов металлов методами вакуумно-дугового осаждения и магне-тронного распыления, термической обработки, термодиффузионного азотирования и плазменно-электролитического оксидирования металлов и сплавов, синтеза углерод-азотных материалов. Найдено, что при термодиффузионном азотировании в аммиаке металлов кинетика начальной стадии азотирования переходных металлов Ре, Мо и Ш является аномальной, при азотирования титана имеет место цикличность формирования е- и З-нитридных слоев, при плазменно-электролитическом оксидировании алюминиевых сплавов может формироваться специфическая морфология керамикоподобного слоя с включениями неоксидиро-ванного алюминия.

3. С целью экспериментального исследования ионно-индуцированных и термически активируемых процессов, обуславливающих модификацию поверхностных слоев твердых тел, разработаны и усовершенствованы методики, установки и устройства для высокодозного ионного облучения и анализа материалов. В частности, в МАТИ создана модульная ионно-лучевая установка МИМ-50, разработан стенд гониофотометрии отраженного лазерного излучения для количественного анализа микротопо-граифии поверхности, модернизированы приемная камера масс-монохроматора НИИЯФ МГУ и спектрометрический комплекс на циклотроне НИИЯФ МГУ.

4. Для температур Т< 0.4 Гпл, когда термическая диффузия в материалах незначительна, измерены профили концентрации и доза имплантированного азота в зависимости от флюенса облучения ионами N И N2 энергии 15-35 кэВ нитридообразующих металлов и углеграфитовых материалов. Установлено, что при имплантации азота в металлы стационарное состояние по элементному составу соответствует образованию в поверхностном слое стехиометрических нитридов. В углеграфитовых материалах различных типов и марок средняя концентрация азота не превышает 25 ат.%, что существенно ниже концентрации в гипотетическом нитриде углерода Показано, что при бессепарационной имплантации ионами металлов, генерируемых вакуумно-дуговым ионным

источником, основой для прогнозирования концентрационных профилей в материалах может служить аналитическая модель полиэнергетической высокодозной имплантации, учитывающая ионно-лучевое распыление.

5. Исследовано воздействие ионной имплантации на износостойкость хромистой стали. Установлено, что высокодозная имплантация ионов азота увеличивает износостойкость стали 30X13 в условиях сухого трения более чем в 2 раза на глубинах, более чем на два порядка величины превышающих глубину имплантированного слоя. Предположено, что оксидный слой, образующийся при трибологическом воздействии, препятствует аутдиффузии имплантированного азота из материала и, тем самым, обуславливает наблюдаемый эффект дальнодействия.

6. Впервые экспериментально и с использованием компьютерного моделирования исследованы угловые зависимости коэффициента распыления поликристаллических графитов различных (отечественных и зарубежных) марок при высокодозном облучении молекулярными ионами азота энергии порядка десятков кэВ. Показано, что учет ионно-индуцированной микротопографии поверхности в виде распределений локальных углов падения ионов, получаемых с помощью метода гонио-фотометрии отраженного света, устраняет расхождения эксперимента и рассчитанных для гладкой поверхности графита значений коэффициента физического (столкновительного) распыления.

7. Исследованы ионно-индуцированные структурные изменения в уг-леграфитовых материалах (высокоориентированный пирографит, поликристаллические графиты и стеклоуглероды) при высокодозном облучении ионами N2* и Аг+ с энергией 30 кэВ. Впервые обнаружено, что радиационное разупорядочение углеграфитовых материалов приводит к скачкообразной температурной зависимости ионно-электронной эмиссии, отражающей ионно-индуцированные структурные переходы в облучаемом материале. При температурах, близких к комнатной, ионное облучение приводит к значительному разупорядочению кристаллической структуры материалов, при повышенных температурах облучения структура высокоориентированного пирографита и поликристаллических графитов является близкой к структуре необлученных материалов, в стеклоугле-роде наблюдается некоторое упорядочение его изначальной структуры.

8. Предложен и применен комплекс методов исследований бинарной системы С - N в поисковых работах по синтезу нитрида углерода р - Сз N4, включающий методы спектрометрии резерфордовского и ядерного обратного рассеяния протонов энергии 2-8 МэВ, спектрометрию быстрых атомов отдачи, методы ЭПР и дифракции быстрых отраженных электронов, ионно-электронной эмиссии для in situ диагностики ионно-лучевых методов синтеза. В спектрах ЭПР графитов, облученных ионами азота, впервые обнаружена сверхтонкая структура (СТС), свидетельствующая о образовании химических связей между углеродом и азотом. Число компонент СТС, определяющее число атомов азота, связанных с углеродом, зависит от марки графита и температуры облучения. В частности, при температурах, близких к комнатной, в поверхностном слое некоторых

26

марок поликристаллических графитов обнаружены парамагнитные дефекты, аналогичные дефектам K-типа в S13N4, что свидетельствует об образовании включений нитрида углерода C3N4

9 Экспериментально исследованы закономерности кинетической ионно-электронной эмиссии металлов и углеграфитовых материалов под воздействием атомарных и молекулярных ионов азота и ионов инертных газов с энергиями в десятки кэВ и проанализированы возможности применения этих закономерностей для анализа радиационных нарушений в материалах, т situ контроля и диагностики ионного облучения и состояния облучаемой поверхности Экспериментально показано и теоретически обосновано, что при радиационном разупорядочении структуры углеграфитовых материалов уменьшается длина свободного пробега вторичных электронов, что приводит к уменьшению коэффициента у ионно-электронной эмиссии

Основные результаты работы опубликованы в статьях [14-73]

ЛИТЕРАТУРА

1 Томпсон М Дефекты и радиационные повреждения в металлах - М Мир, 1971-367 с

2 Ehrhart Р , Schilling W, Uilmaer H Radiation Damage in Crystals // Encyclopedia of

Applied Physics -1996 - v 15 - p 429-457

3 Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел Сб статей

1986-1987гг Пер сангл/Сост ЕС Машкова -М Мир, 1989 -349с

4 Комаров Ф Ф Ионная имплантация в металлы - М Металлургия, 1990 - 216 с

5 Бурдель К К, Чеченин Н Г Спектрометрия обратного рассеяния при исследова-

нии поверхности твердых тел // Итоги науки и техники Сер Пучки заряженных частиц и твердое тело Т1 -М ВИНИТИ, 1990 -с 35-93

6 Фелдман Л Майер Д Основы анализа поверхности и тонких пленок - М Мир,

1989 344с

7 Parilis Е S , Kishinevsky L М , Turaev N Yu , Baklitzky В Е , Umarov F F

Verleger V Kh, Nizhnaya S L, Bitensky 1S Atomic collisions on solid surfaces ■ Amsterdam North-Holland, 1993 - 663p

8 Liu AY, Cohen M L Structural properties and electronic structure of low-

compressibility materials ß-Si3N4 and hypothetical ß-C3N< II PhysRev - 1990 ■ v B41 -p 10727-10734

9 Гусева М И Мартыненко Ю В Взаимодействие частиц плазмы с поверхностью

// Итоги науки и техники Сер Физика плазмы Т 11 - М ВИНИТИ, 1989 - С 150-190

10 Fedenchi G , Skinner С Н , Brooks J N et al /Plasma-Material (interactions in Current Tokamaks and their Implications for Next-Step Fusion Reactors IPP - Report 9/128 2001

11 Ac №1816963 / "Способ определения шероховатости поверхности" Борисов А М , Крит Б Л , Лузин В П , Паволоцкий А Б , Цвелев А В Заявл 12 04 1991, №4943726

12 "Способ очистки и активации порошков" А М Борисов, И Ю Краснов, Б Л Крит, В П Лузин, А Б Паволоцкий Решение на выдачу ас 10 02 1992 по заявке № 4926959/02 от 14 04 91

13 Патент № 2112086 РФ по МКИ С 25 D 11/00 Способ нанесения электролитического покрытия на поверхности металлов и сплавов и электролитическое

покрытие Борисов А М , ^ит Б Л , Людин В Б Суминов И В , Эпельфельд А В 11Б И -199B -№15

14 Bonsov А М, Ermakov S V, Nguyen Mac На Romanovsky E A, Sadov В М Allowance for multiple scattering in proton energy spectra // Radiation Effects -19B4 -v B3 - p 305-309

15 Борисов A M, Семенов Б Н Управляемый стабилизатор тока для электромагнита ФЛ-1 // ПТЭ -19B9 - №1 - с 159-160

16 Борисов AM, Лузин ВП, Смагин МН Дозовая зависимость ионно-злектронной эмиссии металлов // Взаимодействие атомных частиц с твердым телом Матер 9-ой Всесоюзн конф М , 19B9, -т 1, ч II - с 304-305

17 Борисов А М, Семенов Б Н Стабилизация ускоряющего напряжения ионного источника / Сб Инженерно-физические проблемы термоядерной энергетики // М Моо< энерг ин-т -19B9 -№216 -с 52-55

1B Борисов А М , Лузин В П, Смагин М Н Ионно-электронная эмиссия металлов при сопоставимых потоках на поверхность разреженного газа и быстрых ионов // Труды X Всесоюзн конф по динамике разреженных газов - М МЭИ, 1991 -т 3 - с 75-B0

19 Борисов А М, Новичков С Б , Волков ДА, Строганов А Г Метод определения флюенса импульсной ионной имплантации с использованием ионно-электронной эмиссии /Линейные ускорители электронов сантиметрового диапазона длин волн Сб науч трудов-М МИФИ, 1991 -с 63-6B

20 Борисов А М, Горяга Н Г, Романовский E А, Смагин М Н , Данг Лам Измерение предельной дозы имплантации азота в металлы методом ядерного обратного рассеяния протонов // Изв РАН Сер физич - 1992 - т 56, №6 - с 194197

21 Романовский E А, Борисов А М, Горяга Н Г, Ярембаш И E , ^ликаускас В С , Смагин М Н , Ходырев В А, Данг Лам, Нгуен Мак Ха Спектроскопия обратного рассеяния покрытий CrNx и TiNx, полученных способами конденсации ионной бомбардировкой и магнетронного распыления//Изв АН Сер физич -1994 -т58, №4 -с 152-157

22 Борисов А М , ^ит Б Л Паволоцкий А Б Трибологическое поведение хромистой стали, имплантированной азотом // Изв АН Сер физич - 1994 - т58 №3 -с 1B4-1B6

23 Романовский E А, Борисов А М , Горяга Н Г, Лунцов С В , ^рдюкевич В О , Беспалова О В, ^ликаускас В С Изучение кинетики формирования нитрид-ных слоев в тугоплавких металлах методом ядерного обратного рассеяния протонов//Поверхность -1997 -№1 -с 65-67

24 Романовский E А, Беспалова О В, Борисов А М , Горяга Н Г, Затекин В В, ^ликаускас В С , Сухарев В Г Изучение высокодозной имплантации азота в графит // Поверхность -1997 - №B, • с 93-97

25 Романовский E А, Беспалова О В, Борисов А М , Горяга Н Г Протонные пучки исследуют поверхности материалов // Наука в России -1997 -№3 -с 4-12

26 Romanovsky E A, Bespalova О V, Bonsov A M, Goryga N G, Kulikauskas V S, Sukharev V G, Zatekin VV On carbon nitride synthesis at high-dose ion implantation // Nucl instrum and Meth in Phys Res -199B - v В 139 - p 355-35B

27 Романовский EA, Беспалова О В, Борисов А М , Горяга Н Г, Затекин В В, ^рдюкевич В О, ^ликаускас В С, Лунцов С В , Сухарев В Г. ЯОР спектроскопия нитридных слоев в тугоплавких металлах // Физика и химия обработки материалов -199B - №3 - с 62-64

2B Романовский E А, Беспалова О В, Борисов А М , Затекин В В , Горяга Н Г, ^ликаускас В С , Сухарев В Г Использование закономерностей обратного

рассеяния протонов для изучения окисления металлов и сплавов // Изв АН Сер физич -1998 -т62,№7 -с 1451-1454

29 Борисов А М , Беспалова О В, Романовский Е А, Сухарев В Г Исследование поверхности материалов методом спектрометрии ядерного обратного рассеяния протонов / Научные труды МАТИ им К Э Циолковского // М «ЛАТМЭС» -

1998 - В ы п 1 (73) -с71 -76

30 Борисов А М , Крит Б Л , Паволоцкий А Б Тихонов С А Ионная имплантация как метод комплексного повышения характеристик мединструмента / Научные труды МАГИ им КЭ Циолковского // М «ЛАТМЭС» - 1998 - Вып 1(73) -с 169-174

31 Романовский Е А, Беспалова О В, Борисов А М, Горяга Н Г, Коршунов А Б, Сухарев В Г ЯОР спектрометрия твердых сплавов // Физика и химия обработки материалов -1998 - №6 -с20-23

32 Romanovsky Е А, Bespalova О V, Petukhov V Р , Kulikauskas V S , Bonsov A M , Souminov IV, Dunkin О N , Apelfeld A V, Sukharev V G Application of the Particle BackScattering Method for the Certification of the Oxide Protective Coatings at the Surface of A! Alloys / Proceeding of 6th European Particle Accelerator Conf Stockholm 22-26 June, 1998 -p 2422-2424

33 Bespalova О V, Romanovsky E A, Kulikauskas V S , Zatekin V V, Goryaga N G Shemaev В V, Bonsov A M , Sukharev V G , Korshunov А В Certification of the hardsurfaced tools by the nuclear backscattering of the protons accelerated by the cyclotron / Proc of XV Int Conf On Cyclotrons and their Aplication Caen France 14-19, June 1998, Inst of Phys Publ Bristol and Philadelphia, 1998 -p 87-89

34 Романовский E A , Беспалова О В, Борисов А М , Дунькин О Н , Куликаус-кас В С , Сухарев В Г, Суминов И В, Эпельфельд А В Применение методов обратного рассеяния для исследования покрытий, получаемых микродуговым оксидированием//Поверхность -1999 -№5-6 -с 106-109

35 Борисоз А М Исследование покрытий и поверхностных слоев материалов методом спектрометрии обратного рассеяния протонов // Взаимодействие ио нов с поверхностью Матер 14-ой Межд конф - М, 1999 -т2 -с 212-213

36 Суминов И В Эпельфельд А В , Борисов А М, Романовский Е А, Беспалова О В Микродуговое оксидирование защищает металл // Наука в России -

1999 -№4 -с 21-25

37 Суминов И В , Эпельфельд А В, Борисов А М Людин В Б , Романовский Е А, Беспалова О В, Куликаускас В С, Дунькин О Н , Семенов С В Синтез керами-коподобных покрытий при плазменно-электролитической обработке вентильных металлов // Иза АН Сер Физич - 2000 - т 64, №4 - с 737-740

38 Борисов А М , Крит Б Л , Тихонов С А, Суминов И В , Сухарев В Г, Куликау-скас В С Особенности импульсной полиэнергетической ионной имплантации // Изв АН Сер Физич - 2000 - т 64, №4 - с 763-766

39 Apeifeld А V, Bespalova О V Bonsov А М , Dunkin О N , Goryaga N G , Kulikauskas V S Romanovsky E A , Serrenov S V, Souminov IV Application of the particle backscattsring methods for the study of the new oxide protect've coatings at the surface of Al and Mg alloys // Nucl Instrum and Meth in Phys Res - 2000 - v B161-163 -p 553-557

40 Bonsov A M The Study of the Coating Deposition and Material Surface Layers by Proton Nuclear Backscaitermg Spectiometry / 1st Int Congress on Radiation Physics, High Current Electronics and Modification of Materials Proceeding Tomsk,

2000 -V3 -p 526-528

41 Borisov A M The modified surface layers analysis with the proton backscattenng spectrometry / The Proceedings of the IX International Workshop on "Ion Beam Surface Diagnostics" Zaporizhzhya Dlkoe Pole, 2000 - p 32-33

42 Borisov A M , Luntzov S V, Sukharev V G NBS code for Rutherford and nuclear backscattenng date analysis / Proceeding of 7th Russian-Japanese Intern Symp "On interaction of fast charged particles with solids" Nizhnii Novgorod, Russia October 9-16,2000 -p 134-139

43 Борисов A M , Железное В В, Куликаускас В С Машкова Е С , Экштайн 3 Распыление графита ионами азота энергии 15-30 кэВ // Поверхность - 2001 -№ 5 - с 58-61

44 Борисов А М , Куликаускас В С, Машкова Е С , Сафронов А В Ионно-электронная эмиссия при высокодозном облучении графита молекулярными ионами азота // Поверхность - 2001 - №8 - с 59-63

45 Борисов А М , Железное В В , Куликаускас В С , Машкова Е С, Сидоров А В , Сафронов А В Модификация поверхностного слоя графита при высокодозном распылении ионами азота энергии 15-30 кэВ // Вестник Нижегородского университета им Н И Лобачевского Сер Физика твердого тела Н Новгород Изд-во ННГУ- 2001 -вып 2(5) -с 71-80

46 Борисов А М , Куликаускас В С Машкова Е С , Сафронов А В , Экштайн В Закономерности ионно-электронной эмиссии и распыления графитов при облучении ионами азота//Поверхность -2002 -№4 -с 19-24

47 Богомолова Л Д, Борисов А М , Красильникова Н А, Куликаускас В С, Машкова Е С , Экштайн В Исследование измененного поверхностного слоя при вы-сокодозном облучении графита ионами азота // Изв АН, сер физич • 2002 - т 66, №3 -с 551-557

48 Беспалова О В , Богомолова Л Д Борисов А М , Затекин В В , Зоров Н Б , Красильникова Н А, Кравченко О В, Кузяков Ю А, Куликускас В С Питири-мова Е А Романовский Е А, Серков М В, Хохлов А Ф Анализ карбонитрид-ных материалов с использованием спектрометрии обратного рассеяния и атомов отдачи, ЭПР и электронографии//Поверхность -2002 -№6 -с 99-104

49 Borisov А М, Mashkova E S , PanllsES The sweeping-out-electrons effect in electron emission under molecular ion bombardment // Vacuum - 2002 - v 66/8 - p 145-149

50 Borisov A M Eckstein W, Mashkova E S Sputtering and ion induced electron emission of graphite under high dose nitrogen bombardment // J of Nucl Materials -2002 -v 304/1 -p 15-20

51 Борисов A M , Машкова Е С , Экштайн В Закономерности распыления и электронной эмиссии графитов при высокодозном облучении ионами азота // Вопросы атомной науки и техники Сер Термоядерный синтез - 2002 - Вып 1-2 -с 122-135

52 Беспалова О В, Борисов А М, Мичурина В П , Романовский Е А, Суми-нов И В, Титова Н В , Эпельфельд А В Исследование наполненных МДО-покрытий с использованием спектрометрии ядерного обратного рассеяния протонов // Физика и химия обработки материалов - 2002 - №2 - с 63-66

53 Bogomolova L D, Borisov А М , Krasilnikova N А, Mashkova E S , Nemov A S Tarasova V V Study of near surface layer of grafite produced by nitrogen ion bombardment at high doses // Rad Eff and Defect in Solids - 2002 - v 157 - p 493508

54 Андрианова H H , Борисов А М , Жидкова И И Исследование поверхностного рельефа с использованием стенда лазерного гониофотометра ' "Инженерная

механика, материаловедение и надежность оборудования" // Труды НИИ РХТУ

им Д И Менделеева, Новомосковск, 2002 Выл №4(7) С 14-18

55 Борисов А М, Машкова Е С Модификация углеграфитовых материалов высо-кодозным ионным облучением / «Быстрозакаленные материалы и покрытия» // Доклады всероссийской научно-технической конференции, 29 ноября 2002г М «МАТИ» - РГТУ им К Э Циолковского, 2002 - с 74-75

56 Беспалова О В, Борисов А М, Мичурина В П , Романовский Е А , Серков М В Суминов И В, Титова Н В, Эпельфельд А В Изучение закономерностей микродугового оксидирования и наполнения МДО-покрытий на алюминиевых сплавах с использованием спектрометрии ЯОР протонов // Физика и химия обработки материалов 2003 №1 С 66-70

57 Беспалова О В, Бецофен С Я , Борисов А М , Затекин В В Куликаускас В С Романовский Е А, Серков М В Бакуи Али Исследование термодиффузного азотирования Fe и Ti методами спектрометрии ЯОР протонов и рентгеновского структурного анализа // Поверхность - 2003 - №4 - с 78-84

58 Беспалова О В , Борисов А М , Затекин В В , Зоров Н Б , Кравченко О В Кузя-ков Ю Я , Куликаускас В С, Романовский Е А Серков М В Трашин С А Использование спектрометрии обратного рассеяния и атомов отдачи для определения оптимальных условий синтеза аморфного нитрида углерода // Поверхность - 2003 - №5 - с 5-8

59 Богомолова Л Д, Борисов А М, Красильникова Н А Куликаускас В С, Машкова Е С , Немов А С , Тарасова В В Парамагнитные дефекты в нитридах углерода, получаемых методами ионно-лучевого синтеза // Поверхность - 2003 -№4 -с 97-103

60 Борисов А М., Крылова Е А, Машкова Е С , Немов А С, Питиримова Е А, Хохлов А Ф Исследование изменения кристаллической структуры поверхностных слоев графита при интенсивной ионной бомбардировке // Поверхность - 2003 - №4 - с 92-96

61 Борисов А М, Виргильев Ю С , Машкова Е С , Немов А С , Питиримова Е А, Хохлов А Ф Ионно-индуцированные структурные изменения в стеклоуглероде Вопросы атомной науки и техники // Сер Термоядерный синтез - 2003 -Вып1 -с 8-14

62 Bogomolova L D, Borisov A M Kumaev V A Mashkova E S Modification of graphite surface layers by nitrogen ion irradiation // Nucl Instrum Methods in Phys Res - 2003 - v 212 - p 164-168

63 Борисов А М Ионно-индуцированные структурные изменения в углеграфитовых материалах / Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2003) // Материалы 16 Межд конф 25-29 августа 2003г М 2003 т2 с 29-32

64 Борисов А М , Бородулина Н В , Крит Б Л , Тихонов С А Исследование высо-кодозной имплантации ионов металлов, получаемых в вакуумнодуговом плазменном разряде / «Быстрозакаленные материалы и покрытия» // Докл 2 Всероссийской научно-технической конференции, 17-18 ноября 2003г М ИТЦ «МАТИ» - РГТУ им КЭ Циолковского, 2003 -с 10-13

65 Борисов А М , Мичурина В П Невская О С Суминов И В, Титова Н В, Эпельфельд А В Особенности формирования морфологии керамикоподобных слоев при микродуговом оксидировании / «Быстрозакаленные материалы и покрытия» //Докл 2-й Всероссийской научно-технической конференции, 17-18 ноября 2003г М ИТЦ «МАТИ» - РГТУ им КЭ Циолковского, 2003 -с 121-126

66 Петров Л М, Бецофен С Я, Бакуи Али, Беспалова О В , Борисов А М Куликау-скас В С , Романовский Е А, Серков М В Исследование структуры TiN покрытий методами ядерного обратного рассеяния протонов и рентгеноструктурного

анализа / «Быстрозакаленные материалы и покрытия» // Докл 2 Всероссийской научно-технической конференции, 17-18 ноября 2003г М ИТЦ «МАТИ» -РГТУ им К Э Циолковского, 2003 - с 175-183

67 Андрианова Н Н , Борисов А М Влияние угла падения на степень радиационных повреждений в поверхностном слое твердых тел при ионно-лучевом распылении / «Быстрозакаленные материалы и покрытия» // Докл 2-й Всероссийской научно-технической конференции, 17-18 ноября 2003r M ИТЦ «МАТИ» -РГТУ им К Э Циолковского, 2003 - с 233-237

68 Борисов А М, Бородулина Н В , Крит Б Л , Тихонов С А Особенности ионной имплантации с использованием вакуумно-дугового ионного источника // Прикладная физика, 2004 - №1 - с 89-93

69 Беспалова О В Романовский Е А, Серков М В, Борисов А М, Мичурина В П , Невская О С Суминов И В, Титова Н В, Эпельфельд А В Использование закономерностей обратного рассеяния протонов энергии 5-8 МэВ для анализа структуры защитных оксидных покрытий // Прикладная физика, 2004 - №2 - с 44-50

70 Bonsov A М , Mashkova E S , Nemov A S Angular and temperature dependences of ion-induced electron emission of polycrystalline graphite // Vacuum 2004 -v73/1 -p 65-72

71 Богомолова Л Д, Борисов А М , Красильникова Н А, Куликаускас В С , Машкова Е С , Немов А С , Тарасова В В, Экштайн В Исследование пленок, полученных при распылении графита молекулярными ионами азота // Изв АН Сер физич.2004 -т68 - N23-0 413-418

72 Виргильев Ю С, Борисов А М , Машкова Е С, Немов А С , Питиримова Е А, Хохлов А Ф Ионно-индуцированные структурные изменения в высокоориен-трированном пирографите//Поверхность,2004 -№4 -с 13-17

73 Борисов А М, Виргильев Ю С , Затекин В В , Куликаускас В С, Машкова Е С , Немов А С Температурные эффекты при распылении стеклоуглерода молекулярными ионами азота //Поверхность 2004 -№4 -с 6-12

0/-04

Анатолий Михайлович Борисов

ИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ЕЫСОКОДОЗНОМ ОБЛУЧЕНИИ МЕТАЛЛОВ И УГЛЕГРАФИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 01.04.08 — Физика плазмы 01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Издательство УНЦ ДО

117246, Москва, ул. Обручева, 55-А, УНЦ ДО тел./факс (095) 718-6966, -7767, -7785 (комм.) e-mail: izdat@abiturcenter.ru http://abitu center.ru/izdat

Заказное. Подписано в печать 31 марта 2005 г. Формат 60x90/16 Бумага офсетная № 1. Усл.п.л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 792

181

15 ММ»

Введение.

Глава 1. Экспериментальное оборудование и методы исследования.

1.1. Экспериментальные ионно-лучевые установки.

1.1.1. Масс-монохроматор НИИЯФ МГУ.

1.1.2. Ионно-лучевая установка МИМ-50.

1.1.3. Приемные камеры ионно-лучевых установок.

1.1.4. Имплантер ИМП-60/2.

1.2. Оборудование ионно-плазменной, плазменно-электролитической и химико-термической обработки материалов.

1.3. Экспериментальный спектрометрический комплекс на циклотроне

НИИЯФ МГУ.

1.4. Аналитическое оборудование и методы исследований.

1.4.1. Исследование элементного состава.

1.4.2. Исследование кристаллической структуры.

1.4.3. Исследование микротопографии поверхности.

1.4.4. Исследование микротвердости и износостойкости.

1.5. Методы теоретического анализа и компьютерного моделирования.

Выводы.

Глава 2. Анализ и решение задач спектрометрии ядерного обратного рассеяния протонов околобарьерных энергий в качестве метода исследования поверхностных слоев материалов.

2.1. Преимущества и проблемы спектрометрии ЯОР протонов околобарьерных энергий для исследования материалов.

2.2. Закономерности в энергетических спектрах протонов энергии 5-8 МэВ, обратно рассеянных на одно- и двухкомпонентных мишенях.

2.3. Методика и результаты измерений сечений ЯОР протонов энергии 5-8 МэВ

2.3.1. Ядерное обратное рассеяние протонов на карбиде ниобия.

2.3.2. Ядерное обратное рассеяние протонов на нитриде ниобия.

2.3.3. Ядерное обратное рассеяние протонов на оксидах металлов.

2.4. Аналитические и компьютерные методы обработки спектров

ЯОР в исследованиях поверхностного слоя материалов.

Выводы. ВО

Глава 3. Применение спектрометрии ЯОР протонов в исследованиях поверхностного слоя материалов.

3.1. Исследование высокотемпературного окисления и термодиффузионного азотирования металлических сплавов.

3.1.1. Высокотемпературное окисление жаропрочных сплавов.

3.1.2. Термодиффузионное азотирование.

3.2. Исследование керамикоподобных поверхностных слоев, получаемых при плазменно-электролитическом оксидировании.

3.2.1. Плазменно-электролитическая обработка алюминиевых и магниевых сплавов.

3.2.2. Особенности морфологии керамикоподобных покрытий на алюминиевых сплавах.

3.2.3. Плазменно-электролитическая обработка титанового фильтрующего элемента.

3.3. Исследование ионно-плазменных CrN и TiN покрытий.

3.4. Применение спектрометрии ЯОР в технологии твердых сплавов.

3.5. Исследование углерод-азотных материалов, получаемых в поисковых работах по синтезу нитрида углерода.

3.5.1. Исследование компонентов объемного нитрида углерода.

3.5.2. Исследование углерод-азотных тонких пленок.

Выводы.

Глава 4. Закономерности высокодозной ионной имплантации в металлы и углеграфитовые материалы.

4.1. Проблемы модификации свойств материалов при высокодозной ионной имплантации.

4.2. Зависимость дозы имплантированного азота в поверхностном слое нитридообразующих металлов от флюенса ионного облучения.

4.3. Имплантация ионов азота в углеграфитовые материалы.

4.4. Особенности импульсной полиэнергетической ионной имплантации.

4.5. Трибологическое поведение хромистой стали, имплантированной азотом

Выводы.

Глава 5. Исследование закономерностей распыления углеграфитовых материалов при высокодозном облучении ионами азота.

5.1. Актуальные задачи исследований распыления углеграфитовых материалов

5.2. Методики экспериментального исследования и компьютерного моделирования.

5.3. Коэффициенты распыления поликристаллических графитов: сравнение результатов эксперимента и компьютерного моделирования.

5.4. Микротопография ионно-индуцированного рельефа поверхности и ее учет в расчетах коэффициента распыления.

Выводы.

Глава 6. Ионно-индуцированные структурные изменения в углеграфитовых материалах при высокодозном облучении.

6.1. Особенности радиационного воздействии на углеграфитовые материалы

6.2. Проявление ионно-индуцированных изменений структуры поверхностного слоя в температурных зависимостях ионно-электронной эмиссии.

6.3. Ионно-индуцированные изменения кристаллической структуры поверхностного слоя.

6.4. Влияние ионно-индуцированных изменений на топографию облучаемой поверхности.

6.5. Точечные электронные (парамагнитные) дефекты.

Выводы.

Глава 7. Анализ закономерностей и аналитические возможности кинетической ионно-электронной эмиссии.

7.1. Основные закономерности и выводы теории кинетической ионно-электронной эмиссии. Актуальные задачи исследований.

7.2. Неаддитивность кинетической ионно-электронной эмиссии при облучении молекулярными ионами азота.

7.3. Влияние радиационных нарушений.

7.4. Ионно-электронная эмиссия при сопоставимых потоках на поверхность разреженного газа и быстрых ионов.

7.5. Определения флюенса облучения полиэнергетическим пучком ионов, генерируемых вакуумно-дуговым ионным источником.

Выводы.

Актуальность темы. Взаимодействие плазмы, ионных, атомарных и молекулярных потоков с материалами является одним из актуальных направлений исследований современной фундаментальной и прикладной науки. В связи с развитием ионно-плазменных технологий решаются фундаментальные проблемы радиационных повреждений в материалах [1-10], физико-химические проблемы модификации свойств поверхности материалов и синтеза новых материалов [6,8,10-16]. Закономерности рассеяния, распыления и вторичных эмиссий при ионно-лучевом воздействии на материалы находят широкое применение для анализа поверхностного слоя материалов, включая in situ анализ и контроль ионно-лучевых и ионно-плазменных технологических процессов [17-24]. Потенциальные возможности ионно-лучевых аналитических методов определяются развитием физических основ процессов взаимодействия ионов с веществом, разработкой методик измерения, обработки и интерпретации получаемых данных. В этом широком направлении научных исследований выделяются проблемы фундаментального характера, решение которых стимулируется практическими приложениями.

Несмотря на большой арсенал средств и методов элементного анализа, количественный анализ таких важных элементов в материалах, как углерод, азот и кислород до сих пор представляет собой сложную задачу. Традиционный комплекс химических и физических методов элементного анализа предусматривает, как правило, наличие эталонных образцов, разрушение самих изделий в процессе исследования. Значительные потенциальные возможности неразрушающего анализа имеют ионно-лучевые методы при использовании условий повышенной чувствительности к С, N, О. Исследование и реализация таких условий анализа открывает новые возможности исследования поверхностных слоев материалов на основе карбидов, нитридов и оксидов, термодиффузионных процессов цементации, азотирования и окисления.

Имплантация ионов азота, наряду с традиционными методами диффузионного азотирования, является важным методом обработки металлов и сплавов. Актуальными для его развития являются исследования процессов накопления модифицирующей примеси, структуро- и фазообразования. В последние годы ведутся активные исследования новых материалов на основе бинарной системы С - N, в частности, исследования по синтезу кристаллического нитрида углерода 0 - Сз N4, который, как было предсказано теоретически, обладает механическими свойствами, сравнимыми с алмазом или даже превосходящими их [25-27]. В связи с этим актуальны вопросы исследования 6 закономерностей высокодозного облучения углеродных материалов ионами азота, в том числе, закономерностей распыления и ионно-электронной эмиссии, профилей распределения внедренного азота, структуры измененного поверхностного слоя. Эти же вопросы представляют научный и практический интерес в связи широким применением углеграфитовых материалов в ионно-плазменной технике (плазменные ускорители и движители, защитные экраны и диверторные пластины термоядерных устройств и т.п.), где первостепенными являются факторы эрозии материала, развитие рельефа поверхности, вторично-эмиссионные явления [28-31].

Экспериментальным исследованиям ионно-индуцированных процессов при высокодозном облучении металлов и углеграфитовых материалов и развитию ионно-пучковых методов исследования поверхностного слоя материалов посвящена данная диссертационная работа.

Цели и задачи исследований. Целью работы является выявление фундаментальных закономерностей высокодозного ионного облучения углеграфитовых материалов, металлов и сплавов, аналитических возможностей ионно-электронной эмиссии для in situ диагностики и мониторирования процессов ионного облучения, условий использования ионно-рассеивательной спектрометрии для элементного анализа с повышенной чувствительностью к углероду, азоту и кислороду, создание соответствующего аппаратурного и методического обеспечения и применение новых методик спектрометрии для исследований поверхностных слоев материалов на основе карбидов, нитридов и оксидов, образующихся в ионно-плазменных и термодиффузионных процессах азотирования и оксидирования. Были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Создание комплекса методик, устройств и установок для экспериментального исследования ионно-индуцированных и термоактивируемых процессов, обуславливающих модификацию поверхностных слоев материалов.

2. Исследование структуры и свойств измененного поверхностного слоя материалов в результате воздействия ионного облучения, плазменных потоков и термодиффузионных процессов с использованием разработанных в процессе выполнения диссертационной работы методик и известных методов исследования материалов таких, как металлография, рентгенография, электронография, спектрометрия резерфордовского обратного рассеяния (POP), растровая электронная микроскопия (РЭМ), спектрометрия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

3. Исследование поверхностного слоя материалов на основе карбидов, нитридов и оксидов металлов, образующихся в ионно-плазменных и термодиффузионных процессах азотирования и оксидирования (вакуумно-дуговое осаждение, магнетронное распыление, плазменно-электролитическое оксидирование и др.).

4. Исследование закономерностей высокодозной ионной имплантации в металлы и углеграфитовые материалы, прежде всего, в отношении накопления азота в металлах и углеграфитовых материалах, влияния имплантации азота на трибологические свойства сталей, а также при использовании технологических ионных имплантеров.

5. Исследование закономерностей распыления углеграфитовых материалов при высокодозном облучении ионами азота.

6. Исследование закономерностей ионно-электронной эмиссии твердых тел под воздействием атомарных и молекулярных ионов азота и ионов инертных газов с энергиями в десятки кэВ и возможностей применения этих закономерностей для анализа радиационных нарушений в твердом теле, in situ контроля и диагностики процесса облучения и состояния облучаемой поверхности.

Научная новизна работы. Наиболее существенные научные результаты, полученные в диссертации впервые, состоят в следующем:

Разработана методика измерений и экспериментально получены эффективные дифференциальные сечения обратного рассеяния протонов околобарьерных энергий (5 -7.8 МэВ) ядрами элементов N, О, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Nb и Mo в мишенях с естественным содержанием изотопов. Измеренные сечения положены в основу базы данных метода спектрометрии ядерного обратного рассеяния (ЯОР) протонов для безэталонного неразрушающего элементного анализа материалов с повышенной чувствительностью к углероду, азоту и кислороду.

Предложено и реализовано использование метода спектрометрии ЯОР протонов околобарьерных энергий для исследования процессов плазменно-электролитического оксидирования, химико-термической и ионно-плазменной обработки металлов и твердых сплавов, для исследования износостойких покрытий на основе оксидов, нитридов и карбидов металлов. Впервые обнаружено формирование специфической морфологии керамикоподобного слоя с включениями неоксидированного алюминия при плазменно-электролитическом оксидировании алюминиевых сплавов, установлен аномальный характер кинетики начальной стадии термодиффузионного азотирования в аммиаке переходных металлов - Бе, Мо и \¥.

Экспериментально и с использованием результатов компьютерного моделирования получены количественные характеристики распыления поликристаллических графитов различных марок при высокодозном облучении молекулярными ионами азота энергии порядка десятков кэВ для широкого (0 - 80°) интервала углов падения ионов. Показано, что расхождения эксперимента и рассчитанных для гладкой поверхности графита значений коэффициента физического (столкновительного) распыления устраняются путем учета микротопографии ионно-индуцированного рельефа в виде распределений локальных углов падения ионов, получаемых с помощью метода гониофотометрии отраженного света.

Впервые обнаружено, что радиационное разупорядочение структуры углеграфитовых материалов приводит к скачкообразной температурной зависимости ионно-электронной эмиссии, отражающей ионно-индуцированные структурные переходы в облучаемом материале. Экспериментально показано и теоретически обосновано, что при разупорядочении структуры твердого тела уменьшается длина свободного пробега вторичных электронов, что приводит к скачкообразному уменьшению коэффициента кинетической ионно-электронной эмиссии.

Обнаружена сверхтонкая структура в спектрах ЭПР модифицированного слоя графитов, свидетельствующая об образовании при высокодозном облучении графитов ионами азота химических связей между углеродом и азотом. Установлено, что при температурах, близких к комнатной, в облученном слое поликристаллических графитов (МПГ-8, РОСО-АХР-5С2) парамагнитные дефекты являются аналогичными дефектам К-типа в Б^з^ и свидетельствуют об образовании включений нитрида углерода Сз^.

Основная часть результатов получена в работе в результате экспериментальных исследований взаимодействия ионных пучков с поверхностью твердого тела. Ионно-пучковые методы модификации и анализа материалов применены в диссертации для решения ряда новых задач и показали высокую эффективность. Суть научного направления диссертационной работы состоит в развитии экспериментальных ионно-пучковых методов для исследования ионно-индуцированных и термоактивируемых процессов, обуславливающих модификацию поверхностных слоев металлов и углеграфитовых материалов.

Практическая ценность работы. Апробированный в ходе решения ряда научных и практических задач метод спектрометрии ЯОР протонов является эффективным методом анализа структуры и состава поверхностного слоя материалов, особенно в случаях, когда требуется повышенная чувствительность к таким важным структурообразующим элементам, как углерод, азот и кислород (химико-термическая обработка металлов и сплавов, анодирование и микродуговое оксидирование вентильных металлов и сплавов, разработка и контроль процессов нанесения покрытий на основе карбидов, нитридов и оксидов, исследование процессов коррозии). Установленные закономерности процессов термодиффузионного азотирования и ионной имплантации важны при разработке новых технологических процессов модификации поверхности металлов и сплавов. Выявленные закономерности распыления углеграфитовых материалов и ионно-электронной эмиссии при ионной бомбардировке важны для решения проблем радиационной стойкости материалов в условиях высокодозного облучения и переменных температур, их необходимо учитывать при создании углерод-азотных поверхностных слоев и тонких пленок. Предложенный метод определения флюенса полиэнергетической ионной имплантации с использованием ионно-электронной эмиссии может найти применение в бессепарационных технологических имплантерах. Оригинальность и новизна работы подтверждена авторскими свидетельствами и патентами [32-34].

Достоверность основных положений и выводов обеспечивается использованием современной аппаратуры, надежных и независимых методов исследования, использованием хорошо тестированных компьютерных программ моделирования взаимодействия атомных частиц с твердым телом, сравнением и согласием экспериментальных результатов с литературными данными, полученными при сопоставимых условиях.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методики, устройства и установки для экспериментального исследования ионно-индуцированных и термически активируемых процессов, обуславливающих модификацию поверхностных слов материалов, включая спектрометрический комплекс на циклотроне НИИЯФ МГУ, модернизированную приемную камеру масс-монохроматора НИИЯФ МГУ, ионно-лучевую установку МИМ-50 и стенд гониофотометрии отраженного лазерного излучения в МАТИ.

2. Методика и результаты измерений эффективных дифференциальных сечений обратного рассеяния протонов околобарьерных энергий (5 - 7.8 МэВ) ядрами элементов N. О, М§, А1, 14, V, Сг, Ре, Си, N1), Мо в мишенях с естественным содержанием изотопов.

3. Количественные данные по влиянию технологических параметров модификации и синтеза материалов на состав и структуру поверхностных слоев металлов, твердых сплавов, углерод-азотных материалов и износостойких покрытий на основе нитридов и карбидов металлов, полученные с использованием метода спектрометрии ЯОР протонов. Вывод о том, что при термодиффузионном азотировании в аммиаке кинетика начальной стадии азотирования переходных металлов Бе, Мо и является аномальной; вывод о том, что при азотирования титана имеет место цикличность формирования е- и 8-нитридных слоев; вывод о том, что при плазменно-электролитическом оксидировании алюминиевых сплавов может формироваться специфическая морфология керамикоподобного слоя с включениями неоксидированного алюминия.

4. Результаты исследования профилей концентрации и дозы имплантированного азота в зависимости от флюенса облучения ионами и N2* энергии 15 - 35 кэВ нитридообразующих металлов (Мо, Мэ, Та, \У) и углеграфитовых материалов; профилей имплантированных примесей при бессепарационной имплантации ионами металлов. Выводы о том, что при имплантации в металлы азота при температуре Т < 0.4 Тпл стационарное состояние соответствует образованию в поверхностном модифицированном слое стехиометрических нитридов МеИ; что в углеграфитовых материалах средняя концентрация азота (< 25 ат.%) существенно меньше концентрации в гипотетическом нитриде углерода Сз^; вывод о том, что аналитическая модель высокодозной имплантации, учитывающая распыление, может служить основой для прогнозирования концентрационных профилей при полиэнергетической имплантации ионов металлов в материалы.

5. Результаты исследования воздействия ионной имплантации на износостойкость хромистой стали; вывод о том, что оксидный слой, образующийся при трибологическом воздействии, может препятствовать аутдиффузии имплантированного азота из материала, в результате чего повышенная износостойкость сохраняется на глубинах существенно превышающих глубину имплантированного слоя.

6. Результаты измерений коэффициента распыления и исследований ионно-индуцированной микротопографии поверхности при высокодозном облучении молекулярными ионами азота энергии 30 кэВ поликристаллических графитов различных марок в широком интервале углов падения ионов на мишень. Вывод о том, что учет микротопографии ионно-индуцированного рельефа в виде распределений локальных углов падения ионов, измеренных с помощью метода гониофотометрии отраженного света, устраняет расхождения эксперимента и рассчитанных при помощи компьютерного моделирования для гладкой поверхности графита значений коэффициента столкновительного распыления.

7. Результаты исследования ионно-индуцированных изменений кристаллической структуры и микротопографии поверхности углеграфитовых материалов при высокодозном ионном облучении в зависимости от температуры, при которой производится облучение. Выводы о том, что высокодозное облучение как ионами N2+, так и Аг+ с энергиями в десятки кэВ при температурах, близких к комнатной, приводит к значительному разупорядочению кристаллической структуры материалов, при повышенных температурах облучения (> 250°С) структура высокоориентированного пирографита и поликристаллических графитов является близкой к структуре необлученных материалов, в стеклоуглероде возрастает степень упорядоченности.

8. Результаты исследования структуры точечных (электронных) парамагнитных дефектов в углерод-азотных слоях, образующихся при высокодозном облучении углеграфитовых материалов молекулярными ионами азота с энергиями в десятки кэВ. Вывод о том, что метод ЭПР при анализе парамагнитных дефектов комплексов С - N позволяет идентифицировать химические связи углерод-азот; вывод о том, что при температурах, близких к комнатной, в облученном слое графитов марок МПГ-8 и РОСО-AXF-5Q парамагнитные дефекты являются аналогичными дефектам К-типа в Si3N4 и свидетельствуют об образовании включений нитрида углерода C3N4.

9. Закономерности кинетической ионно-электронной эмиссии (ИЭЭ) под воздействием атомарных и молекулярных ионов азота и ионов инертных газов, возможности применения этих закономерностей для анализа радиационных нарушений в твердом теле, in situ контроля и диагностики ионного облучения и состояния облучаемой поверхности. Экспериментальные и теоретические оценки молекулярного эффекта ИЭЭ для ионов N2+. Вывод о том, что при разупорядочении структуры твердого тела, вызываемом ионной бомбардировкой, может уменьшаться длина свободного пробега вторичных электронов, что приводит к скачкообразному уменьшению коэффициента ИЭЭ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на российских и международных научных конференциях, совещаниях и семинарах: XIV, XV, XX, XXIII, XXV - XXXIV Международных конференциях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, 1984, 1985, 1990, 1993, 1995-2004), IX-XVI Международных конференциях "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Москва, 1989, 1991, 1993, 1995, 1997, 1999, 2001, 2003), X Всесоюзной конференции "Динамика разреженных газов" (Москва, 1989), XIII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск, 1990), Всесоюзном совещании-семинаре "Диагностика поверхности ионными пучками" (Одесса, 1990), Российских научно-технических конференциях «Новые материалы и технологии» (Москва, 1993, 1995, 1997, 2000, 2002), International Conference on Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams (Ukraine, Sumy, 1993, 1996), 4 - 5 European Conference on Accelerators in Applied Research and Technology (Germany, Zurich, 1995; Netherlands, Eindhoven, 1997), XV Intermational Conference on Cyclotrons and their Aplications (France, Caen, 1998), 6 European Particle Accelerator Conference (Sweden, Stockholm, 1998), 11,14 International Conference on Ion Beam Analysis (Hungary, Balatonfured, 1993; Germany, Dresden, 1999), 1 International Congress on Radiation Physics, High Current Electronics, and Modification of Materials (Tomsk, 2000), IX International Workshop on "Ion Beam Surface Diagnostics" (Ukraine, Zaporizhzhya, 2000), V-VI Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические основы ионной имплантации" (Н. Новгород, 2000, 2002), 7 Russian-Japanese Internal Symposium "On interaction of fast charged particles with solids" (H. Новгород, 2000), 19 - 21 International Conferences on Atomic Collisions in Solids (ICACS-19 - France, Paris, 2001; ICACS-20 -India Toshali Sands, Puri, 2003; ICACS-21 - Italy, Genova, 2004). Ill Республиканской конференции по физической электронике (Ташкент, 2002), 1 и 2 Всероссийской научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия» (Москва, 2002, 2003), 6 Всероссийском семинаре «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики» (Москва, 2003), XXI - XXX Гагаринских чтениях (Москва, МАТИ, 19952004), межотраслевом семинаре по взаимодействию плазмы с поверхностью (Москва, МИФИ, 2001, 2002, 2004), научных семинарах НИИЯФ МГУ.

По материалам диссертации опубликовано 65 работ [32-96].

Работа выполнялась по планам госбюджетных НИР МАТИ (1985-2004), а также в рамках соглашения о научном сотрудничестве между МАТИ и НИИЯФ МГУ (1995-2004), в рамках грантов министерства образования РФ: «Разработка научных основ модификации поверхности прецизионных деталей приборов концентрированными потоками высоких энергий» (1996-1997), «Разработка эффективного ядерно-физического метода исследования новых материалов и процессов материалообработки» (1997-1998); гранта Москвы «Разработка научных основ количественного элементного анализа с использованием ядерного обратного рассеяния» (2000г.), гранта РФФИ 00-03-32404 «Структура и свойства бинарных С-И систем в ионно-плазменных процессах» (20002002). Результаты работы вошли в курсы лекций, читаемых автором студентам, бакалаврам и магистрам МАТИ, студентам физического факультета МГУ.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены автором либо при его непосредственном участии на всех этапах исследований в составе исследовательских групп в НИИЯФ МГУ и МАТИ, либо им лично. Автору диссертации принадлежат постановка большинства задач, решение которых составляют положения, выносимые на защиту, методические и технические решения по модернизации масс-монохроматора НИИЯФ МГУ и спектрометрического комплекса на циклотроне НИИЯФ МГУ. Определяющим является его вклад в создание установки ионно-лучевой установки МИМ-50 в МАТИ, разработку стенда и методики гониофотометрии отраженного лазерного излучения для исследования ионно-индуцированного рельефа поверхности, разработку компьютерной программы ИВБ для анализа данных спектрометрии обратного рассеяния. Автору принадлежат также предложения по практическому использованию ионно-электронной эмиссии, количественные оценки влияния длины свободного пробега вторичных электронов на угловые зависимости ионно-электронной эмиссии. На основе этих разработок под руководством автора или с его участием проведены многочисленные эксперименты и теоретические расчеты по исследованию поверхностного слоя материалов методом спектрометрии ЯОР, ионно-индуцированных процессов при высокодозном ионном облучении металлов и углеграфитовых материалов, анализ и обобщение полученных данных.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы и приложений. В первой главе дается описание экспериментального оборудования,

1. Томпсон M. Дефекты и радиационные повреждения в металлах. М.: Мир, 1971.367 с.

2. Townsend P.D., Kelly J.C., Hartley N.E.W. Ion Implantation, Sputtering and their Application. London, New York, San Francisko: Academic Press, 1976. - 333 p.

3. Лейман К. Взаимодействие излучения с твердым телом и образование элементарных дефектов. М.: Атомиздат, 1979. - 296 с.

4. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой: Физ. распыление одноэлементных твердых тел / Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, 1984. - 336 с.

5. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Вып.2. Распыление сплавов и соединений, распыление под действием электронов и нейтронов, рельеф поверхности / Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, 1986. - 488 с.

6. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. - 216 с.

7. Ehrhart Р., Schilling W., Ullmaier H. Radiation Damage in Crystals // Encyclopedia of Applied Physics 1996. - v. 15. - p. 429-457.

8. Распыление под действием бомбардировки частицами. Вып.З. Характеристики распыленных частиц, применения в технике / Под ред. Р. Бериша и К. Виттмака. -М.: Мир, 1998.- 551 с.

9. Плешивцев Н.В., Бажин А.И. Физика воздействия ионных пучков на материалы. -М.: Вузовская книга, 1998. 392 с.

10. Челядинский А.Р., Комаров Ф.Ф. Дефектно-примесная инженерия в имплантированном кремнии // УФН 2003. - т. 173, № 8. - с. 813 - 846.

11. Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной и ионной технологии. М.: Высшая школа, 1984. - 320 с.

12. Ионная имплантация / Под ред. Хирвонена Дж.К. М: Металлургия, 1985. - 392 с.

13. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986. - 232 с.

14. Диденко А.Н., Лигачёв А.Е., Куракин И. Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М: Энергоатомиздат, 1987. - 184 с.

15. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел: Сб. статей 1986 -1987гг. / Сост. Е.С.Машкова. -М.: Мир, 1989. 349с.

16. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 240 с.

17. Петров Н.Н., Аброян И.А. Диагностика поверхности с помощью ионных пучков. -Л.: Изд-во ЛГУ,1971. 160 с.

18. Mashkova E.S., Molchanov V.A. Medium-Energy Ion Reflection from Solids North-Holland, Amsterdam, 1985. - 444 p.

19. Курнаев В.А., Машкова E.C., Молчанов В.А. Отражение лёгких ионов от поверхности твёрдого тела. М.: Энергоатомиздат, 1985. 192 с.

20. Рязанов М.И., Тилинин И.С. Исследование поверхности по обратному рассеянию частиц М.: Энергоатомиздат, 1985. - 152 с.

21. Фелдман Л. Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.: Мир, 1989. -344с.

22. Бурдель К.К., Чеченин Н.Г. Спектрометрия обратного рассеяния при исследовании поверхности твердых тел // Итоги науки и техники. Сер. Пучки заряженных частиц и твердое тело. М.: ВИНИТИ, 1990. - т.1. - с.35-93.

23. Брусиловский Б.А. Кинетическая ионно-электронная эмиссия. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 184 с.

24. Машкова Е.С., Молчанов В.А. Применение рассеяния ионов для анализа поверхностей твердых тел. М.: Энергоатомиздат. 1995. - 176 с.

25. Liu A.Y., Cohen M.L. Structural properties and electronic structure of low-compressibility materials: p-Si3N4 and hypothetical P-C3N4 // Phys.Rev. 1990. - v. B41. -p. 10727-10734.

26. Корсунский Б.Л., Пепекин В.И. На пути к нитриду углерода // Успехи химии, 1997. -т. 66.-с. 1003-1014.

27. Muhl S., Mendes J.M. A review of the preparation of carbon nitride films // Diamond and Related Materials. 1999. - v. 8. - p. 1808-1830.

28. Гусева М.И., Мартыненко Ю.В. Взаимодействие частиц плазмы с поверхностью // Итоги науки и техники. Сер. Физика плазмы. Т. 11. М.: ВИНИТИ, 1989. - с. 150190.

29. Виргильев Ю.С. Конструкционные углеродные материалы для установок термоядерного синтеза//Неорганические материалы. 1994. т.30. - с. 903-616.

30. Burchell T.D. Radiation Effects in Graphite and Carbon-Based Materials // MRS Bulletin 1997.-v. 22 (4)-p. 29.

31. Federichi G., Skinner C.H., Brooks J.N. et al. Plasma-Material Iinteractions in Current Tokamaks and their Implications for Next-Step Fusion Reactors // IPP Report - 2001.9/128.

32. A.c. №1816963. Способ определения шероховатости поверхности / Борисов А.М., Крит Б.Л., Лузин В.П., Паволоцкий А.Б., Цвелев A.B. Заявл. 12.04.1991, №4943726.

33. А.М.Борисов, И.Ю.Краснов, Б.Л.Крит, В.П.Лузин, А.Б.Паволоцкий. Способ очистки и активации порошков. Решение на выдачу а.с. 10.02.1992 по заявке № 4926959/02 от 14.04.91.

34. Патент № 2112086 РФ по МКИ С 25 D 11/00. Способ нанесения электролитического покрытия на поверхности металлов и сплавов и электролитическое покрытие / Борисов A.M., Крит Б.Л., Людин В.Б. Суминов И.В., Эпельфельд A.B. // Б.И. 1998. - № 15.

35. Borisov A.M., Ermakov S.V., Nguyen Mac Ha, Romanovsky E.A., Saidov B.M. Allowance for multiple scattering in proton energy spectra // Radiation Effects 1984. -v.83. - p. 305-309.

36. Борисов A.M., Семенов Б.Н. Управляемый стабилизатор тока для электромагнита ФЛ-1 // ПТЭ 1989. - №1. - с. 159-160.

37. Борисов A.M., Лузин В.П., Смагин М.Н. Дозовая зависимость ионно-электронной эмиссии металлов // В кн.: Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Матер. 9-ой Всесоюзн. конф. М., 1989, т.1, ч.П. - с.304-305.

38. Борисов А.М., Семенов Б.Н. Стабилизация ускоряющего напряжения ионного источника // Сб. Инженерно-физические проблемы термоядерной энергетики. М: Моск. энерг. ин-т., 1989. - №216. - с.52-55.

39. Борисов A.M., Лузин В.П., Смагин М.Н. Ионно-электронная эмиссия металлов при сопоставимых потоках на поверхность разреженного газа и быстрых ионов // Труды X Всесоюзн. конф. по динамике разреженных газов. М.: МЭИ, 1991. - т.З. - с.75-80.

40. Борисов A.M., Горяга Н.Г., Романовский Е.А., Смагин М.Н., Данг Лам. Измерение предельной дозы имплантации азота в металлы методом ядерного обратного рассеяния протонов//Изв. РАН. Сер. физич. 1992. - т.56, №6. - с. 194-197.

41. Борисов A.M., Крит Б.Л. Паволоцкий А.Б. Трибологическое поведение хромистой стали, имплантированной азотом // Изв. АН. Сер. физич. 1994. - т.58. №3. - с. 184186.

42. Романовский Е.А., Беспалова О.В., Борисов А.М., Горяга Н.Г., Затекин В.В., Куликаускас B.C., Сухарев В.Г. Изучение высокодозной имплантации азота в графит // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.- 1997. -№8,-с. 93-97.

43. Романовский Е.А., Беспалова О.В., Борисов A.M., Горяга Н.Г. Протонные пучки исследуют поверхности материалов // Наука в России. 1997. - №3. - с. 4-12.

44. Romanovsky Е.А, Bespalova O.V., Borisov А.М, Goryga N.G, Kulikauskas V.S, Sukharev V.G., Zatekin V.V. On carbon nitride synthesis at high-dose ion implantation // Nucl. Instrum. and Meth in Phys. Res. В 1998. - v. 139. - p. 355-358.

45. Борисов A.M., Беспалова О.В., Романовский Е.А., Сухарев В.Г. Исследование поверхности материалов методом спектрометрии ядерного обратного рассеяния протонов // Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. М.: «ЛАТМЭС», 1998. -Вып.1 (73). -с.71-76.

46. Борисов A.M., Крит Б.Л., Паволоцкий А.Б. Тихонов С.А. Ионная имплантация как метод комплексного повышения характеристик мединструмента // Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. М.: «ЛАТМЭС», 1998. - Вып. 1(73). - с.169-174.

47. Романовский Е.А., Беспалова О.В., Борисов A.M., Горяга Н.Г., Коршунов А.Б., Сухарев В.Г. ЯОР спектрометрия твердых сплавов // Физика и химия обработки материалов. 1998. - №6. - с.20-23.

48. Борисов A.M. Исследование покрытий и поверхностных слоев материалов методом спектрометрии обратного рассеяния протонов //В кн.: Взаимодействие ионов с поверхностью. Матер. 14-ой Межд. конф. М., 1999. -т.2. - с. 212-213.

49. Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Борисов А.М., Романовский Е.А., Беспалова О.В. Микродуговое оксидирование защищает металл // Наука в России. 1999. - №4. - с. 21-25.

50. Борисов A.M., Крит Б.Л., Тихонов С.А., Суминов И.В., Сухарев В.Г., Куликаускас B.C. Особенности импульсной полиэнергетической ионной имплантации // Изв. АН. Сер. Физич. 2000. - т.64, №4. - с. 763-766.

51. Borisov A.M. The modified surface layers analysis with the proton backscattering spectrometry // The Proceedings of the IX International Workshop on "Ion Beam Surface Diagnostics". Zaporizhzhya: Dikoe Pole, 2000. - p. 32-33.

52. Борисов A.M., Железное B.B., Куликаускас B.C., Машкова E.C., В.Экштайн. Распыление графита ионами азота энергии 15-30 кэВ // Поверхность. Ренгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2001. - № 5. - с. 58-61.

53. Борисов A.M., Куликаускас B.C., Машкова Е.С., Сафронов А.В. Ионно-электронная эмиссия при высокодозном облучении графита молекулярными ионами азота // Поверхность. Ренгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2001. -№8. - с. 59-63.

54. Богомолова Л.Д., Борисов A.M., Красильникова Н.А., Куликаускас B.C., Машкова Е.С., Экштайн В. Исследование измененного поверхностного слоя при высокодозном облучении графита ионами азота // Изв. АН, сер. физич. 2002. - т. 66, №3. - с. 551-557.

55. Borisov A.M., Mashkova E.S., ParilisE.S. The sweeping-out-electrons effect in electron emission under molecular ion bombardment // Vacuum 2002. - v.66/8. - p. 145-149.

56. Borisov A.M., Eckstein W., Mashkova E.S. Sputtering and ion induced electron emission of graphite under high dose nitrogen bombardment // J. of Nucl. Materials 2002. - v. 304/1. - p. 15-20.

57. Борисов A.M., Машкова E.C., Экштайн В. Закономерности распыления и электронной эмиссии графитов при высокодозном облучении ионами азота // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 2002. - Вып. 1-2. -с.122-135.

58. Bogomolova L.D., Borisov A.M., Krasil'nikova N.A., Mashkova E.S., Nemov A.S., Tarasova V.V. Study of near surface layer of grafite produced by nitrogen ion bombardment at high doses // Rad. EfF. and Defect in Solids. 2002. - v. 157. - p.493-508.

59. Борисов A.M., Машкова Е.С., Парилис Э.С. Ориентационная зависимость молекулярного эффекта в электронной эмиссии. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2003. - №4. - с. 12-15.

60. Борисов A.M., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С., Немов A.C., Питиримова Е.А., Хохлов А.Ф. Ионно-индуцированные структурные изменения в стеклоуглероде. Вопросы атомной науки и техники. // Сер. Термоядерный синтез. 2003. - Вып. 1. - с. 8-14.

61. Bogomolova L.D., Borisov A.M., Kurnaev V.A., Mashkova E.S. Modification of graphite surface layers by nitrogen ion irradiation. Nucl.Instrum.Methods in Phys.Res. В 2003. -v. 212. -p.164-168.

62. Борисов A.M. Ионно-индуцированные структурные изменения в углеграфитовых материалах // Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2003). Материалы 16 Межд. конф. 25-29 августа 2003г. М.: 2003. - т.2. - с.29-32.

63. Борисов A.M., Бородулина Н.В., Крит Б.Л., Тихонов С.А. Особенности ионной имплантации с использованием вакуумно-дугового ионного источника // Прикладная физика 2004. - №1. - с. 89-93.

64. Borisov A.M., Mashkova E.S., Nemov A.S. Angular and temperature dependences of ion-induced electron emission of polycrystalline graphite // Vacuum 2004. - v.73/1. - p.65-72.

65. Машкова Е. С., Молчанов В. А. Рассеяние ионов средних энергий поверхностями твердых тел. М.: Атомиздат, 1980. - 255 с.

66. Борисов A.M. Влияние кристаллической структуры твердого тела на угловые и энергетические распределения быстрых ионизованных атомов отдачи: Дисс.канд. физ.-мат. наук. М., НИИЯФ МГУ, 1980. - 152 с.

67. Баранов С.А., Малов А.Ф. Шлягин К.Н. Бета-спектрометр с двойной фокусировкой // ПТЭ 1956. - № 1. - с. 3-12

68. Антипин В. А., Ергин Ю.В. Регулируемый стабилизатор тока для электромагнита ФЛ-1// ПТЭ 1974. -№ 6. - с. 206-207.

69. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет / Под ред. С.Д. Додика и Е.И.Гальперина. М.: Сов. радио, 1969. - 447с.

70. Микропроцессоры / Под ред. Преснухина Л.Н. Т.2 Средства сопряжения и информационно-управляющие системы. М.: Высш. шк., 1986. - 383с.

71. Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат, 1972.-304 с.

72. Габович М.Д., Плешивцев Н.В., Семашко H.H. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М: Энергоатомиздат, 1986. - 249 с.

73. Симонов В.В., Корнилов JI.A., Шашелев А.В., Шокин Е.В. Оборудование ионной имплантации. М: Радио и связь, 1988. - 184 с.

74. Физика и технология источников ионов / Под ред. Я Брауна. Пер. с анг. М.: Мир. 1998.-496 с.

75. Christiansen L.J., Zaharis E.J. High current duoplasmotron on ion sourse with ferrite permanent magnets // Rev. Sci. Instrum. 1966. - v.37. - p.1571-1575.

76. Борисов A.M. Куракин И.Б. Лигачев A.E. Возможности получения пучка газометаллических ионов дуоплазматроном А-типа // Тезисы докл. XIII Всесоюзн. симп.по сильноточной электронике. Свердловск. Ин-т электрфизики, 1990. - ч.1. -с. 109.

77. Сенченков А.П. Техника физического эксперимента. М.: Энергоиздат, 1983. -238с.

78. Balashova L.L., Borisov A.M., Garin Sh.N., Molchanov V.A., Snisar V.A., Fleurov V.B. Relationships between the angular dependences of sputtering yield and photon emission of sputtered atoms. // Radiation Effects. 1985. - v.84 - p.239-243.

79. Борисов A.M. Машкова E.C. Молчанов В.А. Пространственные распределения распыленного вещества при скользящем падении ионов на монокристаллы. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1986. - №2. - с. 114 - 115.

80. Borisov A.M. Temperature effects in photon emission from sputtered atoms // Radiation Effects. 1986. - v. 97 - p. 85-90.

81. Рябчиков А.И., Дегтярёв C.B., Степанов И.Б. Источники «Радуга» и методы импульсно-периодической ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов // Известия высших учебных заведений. Серия «Физика». 1998. - № 4. -с. 193-207.

82. Барченко В.Т., Быстрое Ю.А., Колгин Е.А. Ионно-плазменные технологии в электронном производстве / Под ред. Ю.А.Быстрова. СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2001 - 332с.

83. Ligachov А.Е., Kourakin I.B., Stroganov A.G., Novichkov S.B. High current pulsed metal ion implanter 120 (HPMI-120) // Proc. of Int. Conf. on Ion Sources. July 10-14, 1989, California, Berkley, 1989. p. 151.

84. Новичков С.Б., Строганов А.Г. Повышение предельного ионного тока в вакуумно-дуговых ионных источниках // Линейные ускорители электронов сантиметрового диапазона длин волн. Сб. науч. трудов М.: МИФИ, 1991. - с. 55-58.

85. Никитин М.М. Технология и оборудование вакуумного напыления. М.: «Металлургия», 1992. - 111 с.

86. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. М.: Металлургия, 1992. - 432с.

87. Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Борисов A.M., Крит Б.Л. Микродуговое оксидирование (обзор) // Приборы. 2001. - №9 (15). - с.13-23.

88. Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Борисов A.M., Крит Б.Л. Микродуговое оксидирование (окончание) // Приборы. -2001. -№10(16). с. 26-36.

89. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Машиностроение. 1965. -491с.

90. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение. 1990. -528с.

91. Черепин В.Т., Васильев М.А. Методы и приборы для анализа поверхности материалов. Справочник. Киев: Наукова думка, 1982. - 399 с.

92. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. М.: Мир, 1989.-568 с.

93. Rauhala Е. Proton backscattering and computer data analisis in the non-Rutherford energy region // Nucl. Instr. Meth. В 1989. - v. 40-41. - p. 790-796.

94. Gurbich A.F. Evaluation of non-Rutherford proton elastic scattering cross section for oxygen //Nucl.Instr.Meth. В 1997. - v. 129. - p. 311-316.

95. Gurbich A.F. Evaluation of non-Rutherford proton elastic scattering cross section for carbon // Nucl. Instr. Meth. В 1998. - v. 136-138. - p. 60-65.

96. Чернов И.П., Шадрин В.Н. Анализ содержания водорода и гелия методом ядер отдачи. -М.: Энергоатомиздат, 1988. 128с.

97. Doolittle L.R. Algorithms for the Rapid Simulation of Rutherford Backscattering Spectra//Nucl. Instr. Meth. В 1985. - v. 9. - p. 344-351.

98. Кристаллография, ренгенография и электронная микроскопия. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев JI.H. М.: «Металлургия». 1982. - 632 с.

99. Клечковская В.В., Ракова Е.В., Тихонова А.А., Толстихина A.JI. Электронография как метод исследования поверхностных слоев и тонких пленок // Итоги науки и техники. Сер. Пучки заряженных частиц и твердое тело. Т. 3. М.: ВИНИТИ, 1990.-с. 98-155.

100. Биннинг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия от рождения к юности. Нобелевские лекции по физике // УФН. - 1988. - т. 154. - вып.2. - с.261 -278.

101. Лукьянов А.Е. Растровая электронная микроскопия // Итоги науки и техники. Сер. Пучки заряженных частиц и твердое тело. Т. 3. М.: ВИНИТИ, 1990. - с. 56 -97.

102. Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект Пресс, 1997. 718с.

103. Топорец А. С. Оптика шероховатой поверхности. Л.: Машиностроение, 1988. -191с.

104. Хусу А.П., Витенберг Ю.Р., Пальмов В.А. Шероховатость поверхностей, теоретико-вероятностный подход. М.: Наука, 1975. -344 с.

105. Бугер П. Оптический трактат о градации света / Пер. с франц. Н.А.Толстого и П.П. Феофилова. М.: Изд-во АН СССР. 1950. - 485с.

106. Кошеляев. Е. М., Бородулин В. П., Замбржицкий А. П., Пузанов А. А. Диффузное отражение света от шероховатых поверхностей // Вестник Московского Университета. Серия физика и астрономия. 1977. - т. 18, № 5. - с. 25-34.

107. Vorburger T.V., Teague Е.С., Scire F.E., McLay M. J., Gilsinn D.E. Surface Roughthness Studies with DALLAS-Detector Array for Laser Light Angular Scattring // J. of Research of the National Bureau of Standards 1984. - v.89, №1. - p. 3-16.

108. Church E. L., Jenkinson H. A., Zavada J. M. Measurement of the Finish of Diamond-Turned Metal Surfaces By Differential Light Scattering // Optical Engineering. 1977. - v. 16, №4. -p. 360-374.

109. Elson J.M. and Bennet J.M. Relation between the angular dependence of scattering and the statistical properties of optical surfaces // J. Opt. Am. 1979. - vol.69. №1 - p.31-47.

110. Цеснек Л. С. Металлические зеркала. М.: Машиностроение, 1983. - 231с.

111. Борисов А.М., Вяткин П.Г., Киселев В.А., Куракин И.Б., Смагин М.Н. Зависимость интегральных параметров рельефа поверхности от дозы ионного облучения // Изв. АН СССР. Сер. физич. 1990 - т. 54, №7. - с. 1293-1297.

112. Булычев С.И., Алехин В.П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора- М.Машиностроение, 1990. 224 с.

113. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: Наука, 1970. - 252с.

114. Бирзак Й.П. Машинное моделирование распыления // В кн.: Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел: Сб. статей 1986 1987гг./ Сост. Е.С.Машкова. - М.: Мир, 1989. - 349 с.

115. Lindhard J., Nielsen V., Scharff М. Approximation method in classical scattering by screened Coulomb field // Dan. Vid. Selsk. Mat. Fys. Medd. 1968. - v. 36. - №10. -p.l -32.

116. Экштайн В. Компьютерное моделирование взаимодействия ионов с твердым телом. М: Мир, 1995. - 319 с.

117. Wilson W. D., Haggmark L. G., Biersack J. P. Calculations of nuclear stopping, ranges, and straggling in the low-energy region // Phys. Rev. В 1977. - v. 15. -p. 24582468.

118. Oen O. S., Robinson M. T. Computer studies of the reflection of light ions from solids // Nucl. Instr. and Meth. 1976. - v. 132. - p. 647-653.

119. Буренков А.Ф., Комаров Ф.Ф., Кумахов M.A., Темкин М.М. Пространственные распределения энергии, выделенной в каскаде атомных столкновений в твердых телах. М.: Энергоатомиздат. 1985. - 248 с.

120. Арифов У.А. Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела. -М.: Наука, 1968.-370 с.

121. Parilis E.S., Kishinevsky L.M., Turaev N.Yu., Baklitzky B.E., Umarov F.F., Verleger V.Kh., Nizhnaya S.L., Bitensky I.S. Atomic Collisions on Solid Surfaces. Elsevier, North-Holland, 1993. - Chap.l 1. - 663 p.

122. Пранявичюс Л., Дудонис Ю. Модификация свойств твёрдых тел ионными пучками. Вильнюс: Мокслас, 1980. - 242 с.

123. Энциклопедическая серия. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный том. Книга 3. / Под ред. академика В.Е.Фортова. М.: «Наука / Интерпериодика», 2000. - 574 с.

124. Ларина О.Д., Тимошенко P.P. Количественный анализ оксидных и нитридных включений в сталях и сплавах. М.: Металлургия, 1978. - 256 с.

125. Истомин И.В., Теплов Е.В. Экспрессные ядерные методы анализа в задачах реакторного материаловедения // Атомная энергия. 1986. - т. 61., вып. 2. - с. 116124.

126. Крюков Ю.Ю., Чернов И.П. Методы мгновенного ядерного анализа // Итоги науки и техники. Сер. Пучки заряженных частиц и твердое тело. Т.2. М.: ВИНИТИ, 1990. - с. 74-150.

127. Сиротинин Е.И., Тулинов А.Ф., Фидеркевич А., Шишкин К.С. Форма спектра частиц, рассеянных на толстой мишени, и определение его с помощью энергетических потерь //Вест. МГУ, сер физ., астр. -1971. № 5. - с. 541-546.

128. Anderson Н.Н., Ziegler J.F. The stopping and ranges of ions in matter. V.3. Hydrogen stopping power and ranges in all element N. Y.: Pergamon Press, 1977. - 317 p.

129. Chumanov V.Ya., Izmailov Sh.Z., Pokhil G.P., Sirotinin E.I., Tulinov A.F. On the determination of energy losses by charged particles from the backscattered energy spectra // Phus. Stat. Sol. (a). 1979 - v.53. - p.51-62.

130. Eckstein W., Mayer M. Rutherford backscattering from layered structures beyond the single scattering model // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. В 1999. - v. 153. - p. 337-344.

131. Swint J.B., Barnard A.C.L., Clegg T.B., Weil J.L. Cross section as a function of energy for the scattering of protons from I2C // Nucl. Phys. 1966. - v. 86. - p. 119-129.

132. Salisbury S.R., Hardie G., Oppliger L., Dangle R. Proton-oxygen differential scattering cross sections // Phys. Rev. 1962. - v. 126. - p. 2143-2147.

133. Aiseberg-Selove F. Energy levels of light nuclei A = 13-15 // Nucl. Phys. A 1976. -v.268. - p. 1-204.

134. Messelt S. Elastic and inelastic scattering of 7 to 11 Mev protons from 14N // Physica Nervegica. 1970. - v 4. - p. 191-216

135. Kent J. J., Coker W.R., Watson C.E., Absence of proton weak coupling states in 93Nb // Z. Phys. 1972. - v. 256 - p. 199-209.

136. Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем. Т.2. М.: ГИФМЛ, 1962. - 982 с.

137. Азотирование и карбонитрирование / Под ред. Супова А.В. М.: Металлургия, 1990.-280 с.

138. Елисеев Ю.С., Абраимов Н.В., Крымов В.В. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении. М.: Высшая школа, 1999. - 525 с.

139. Арзамасов Б.Н., Братухин А.Г., Елисеев Ю.С., Панайоти Т.А.Ионная химико-термическая обработка сплавов. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 1999. - 400с.

140. Тот Л. Карбиды и нитриды переходных металлов. М.: Мир, 1974. - 179 с.

141. Knox J.M. Non-Rutherford scattering of protons by light elements // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. В 1992. - v. 66. - p. 31-37.

142. Vykhodets V.B., Kurennykh Т.Е., Fishman A.Ya. Identification of heterogeneous state and trajectories of interstitials in the titanium-oxygen system using diffusion experiment // Defect and Diffusion Forum. -1997. v. 143-147. - p. 79-84.

143. Hibbs M.K., Sundgren J.-E., Johansson B.O., Jacobson B.E. The microstructure of reactively sputtered Ti-N films containing the Ti2N phase // Acta metall. 1985. - v. 33. -p. 797-803.

144. Баковец В.В., Поляков О.В., Долговесова И.П. Плазменно-электролитическая анодная обработка металлов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. - 168 с.

145. Черненко В.И., Снежко Л.А, Папанова И.И. Получение покрытий анодно-искровым электролизом. Л.: Химия, 1991. - 128 с.

146. Гордиенко П.С., Гнеденков С.В. Микродуговое оксидирование титана и его сплавов. Владивосток: Дальнаука, 1997. - 186 с.

147. Yerokhin A.L., Nie X., Leyland A., Matthews A., Dowey S.J. Plasma electrolysis for surface engineering// Surface and Coatings Technology. 1999. - v. 122 - p. 73-93.

148. Колачев Б.A . Елагин В.И., Ливанов. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСиС , 1999. - 416с.

149. Rotberg V.H., Petty A.J., Stranberg С.С., Was G. Analysis of TiN by charged particle beams: Nuclear reaction analysis, nuclear reaction broadening and Rutherford backscattering // Thin Solid Films. 1988. -v. 166. - p. 191-200.

150. Васильев Л.А., Иванова О.П., Коллигон Д, Лесневский Л.Н, Наумкин А.В., Шкарбан И.И., Юрасова В.Е. Состав и свойства пленкочных покрытий из нитрида титана // Изв АН Изв. АН. Сер. физич. 1994. т. 58. - № 3. - с. 195-205.

151. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учебник для вузов / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин, С.С. Кипарисов, В.И. Костиков, А.В. Крупин, В.В. Кудинов, Г.А. Либенсон, Б.С. Митин, О.В.Роман М.: Металлургия, 1987.-792с.

152. Bogomolova L.D., Jachkin V.A., Prushinsky S.A., Stefanovsky S.V., Teplyakov Yu.G., Caccavale F. EPR study of paramagnetic species in oxide glasses implanted with nitrogen // J. Non-crystal.Solids 1997. - v.220. - p. 108-126.

153. Burdina K.P., Zorov N.B., Kravchenko O.V., Kuzyakov Yu.Ya., Kim J.I., Kulinich S.A. Synthesis of crystalline carbon nitride // Mendeleev Commun. 2000. - № 6. - p.207-208.

154. Бурдина К.П., Зоров Н.Б., Ким Ч.И., Кравченко О.В., Кузяков Ю.Я. Кристаллические нитриды углерода: пленки и объемные образцы // Изв. АН. Сер. хим. 2002. - № 9. -с.1501-1507.

155. Kravchenko O.V., Burdina К.Р., Semenenko K.N. Synthesis and some properties of amorphous carbon nitride C3N4 // Exper. Geosci. 1997. - v.6. - p.64-65.

156. Watanabe I., Okumara T. Photo-induced ECR in amorphous C:H films prepearded by glow discharge decomposition of CH4 and H2 // Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 (Letters) -1985. -v.24. p. 122-127.

157. Barklie R.C. Characterisation of defects in amorphous carbon by electron paramagnetic resonance // Diamond and Relat. Mater. 2001. - v. 10. - p. 174-180.

158. Wagoner G. Spin Resonance of Charge Carriers in Graphite // Phys. Rev. -1960. -v.118. No3. - p. 647-653.

159. Nitta S., Tanaka N., Sugiyama K., Itoh Т., Nonomura S. Preparation and proprties of photocondactive amorfous carbon nitride a-CNx films: the layer-by-layer method // J. Non-Crystal. Solids. 1998. - v.227/230. - p.655-658.

160. Warren W.L., Lenahan P.M. Electron-nuclear double resonance and electron-spin-resonance study of silicon dangling-bond centers in silicon nitride //Phys. Rev. B. 1990. -v.42. p.1773-1780.

161. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М.: Высш. шк., 2000. - 494 с.

162. Bhattacharyya S., Lubbe М., Bressler P.R., Zahn D.R.T., Richter F. Structure of nitrogenated amorfous carbon films from NEXAFS // Diamond and Related Mater. -2002.-v. ll.-p.8-15.

163. Hammer M., Baker M.A., Lenardi C., Gissler W. Syntesis of carbon nitride films at low temperature // J.Vac.Thechnol. 1997. - v. A 15. - p. 107-112.

164. Гусева М.И. Ионная имплантация в металлах // Поверхность. 1982. - №4. - С. 27-30.

165. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. / Под ред. Дж. М. Поута, Г. Фоти, Д.К. Джекобсона. Перевод, с англ. под ред. А.А. Углова. М.: Машиностроение, 1987. - 424 с.

166. Плешивцев Н.В. Имплантация металлических материалов высокоинтенсивными пучками ионов азота // Изв. РАН. Серия: Металлы,- 1994. № 6. - с. 53-63.

167. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов: Учебник / В.А.Грибков, Ф.И.Григорьев, Б.А.Калин, В.Л.Якушин / под ред. Б.А.Калина, М.: Круглый год, 2001. 528с.

168. Hoffman A., Gouzman I., Brener R., Cutermann С., Geller H., Levin L., Kenny M. Nitrogen implantation into glassy carbon as an attempt to grow a carbon nitride thin film // Diamond and Related Materials. 1995. - v. 4. - p. 292-296.

169. Xin H., Lin C., Zhu S., Zou S., Shi X., Zhu H., Hemment P. L. F. Formation of buried carbon nitride by high dose nitrogen implantation into carbon thin film // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. В 1995. - v. 103. -p. 309-312.

170. Hammer P., Gissler W. Chemical sputtering of carbon films by low energy N2+ ion bombardment //Diamond and Related Materials. 1996. - v.5. - p.l 152-1158.

171. He Z., Carter G., Colligon J. Ion-assisted deposition of C-N and Si-C-N films // Thin Solid Films. 1996. - v.283. - p. 90-96.

172. Hartmann J., Koniger A., Ensinger W., Rauschenbach В., Stritzker В., Huber H., Assmann W. Characterization of high-fluence nitrogen ion implanted pyrolytic graphite // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. В 1996. - v. 117. - p. 392-396.

173. Link F., Baumann H., Markwitz A., Krimmel E. F., Bethge K. Low-energy 15N implantation in carbon for the synthesis of carbon nitride layers // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. В 1996. - v. 113. -p. 235-238.

174. Palacio C., DHaz D., Gymez -Aleixandre C., GarcHa M. M. Carbon nitride thin films formation by N2+ ion implantation // Vacuum. 1997. - v. 48. - p. 709-713.

175. Funada Y., Awazu K., Shmamura K., Iwaki M. Thermal properties of DLC thin films bombarded with ion beams // Surface and Coatings Technology. 1998. - v. 103-104 - p. 389-394.

176. Bertoti I., Mohai M., Toth A., Zelei B. Effect of Ar+, N2+, He+ and H2+ bombarment on the composition and structure of CNX layers // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. B- 1999.-v. 148.-p. 645-649.

177. Miyagawa Y., Nakao S., Wielunski L. S., Hasegawa H., Miyagawa S. Depth profiling of nitrogen implanted into Si/C and Zr/C bilayers with nuclear reaction analysis // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. В 2000. - v. 161-163. - p. 997-1001.

178. Мартыненко Ю.В. Эффекты дальнодействия при ионной имплантации // Итоги науки и техники. Серия: «Пучки заряженных частиц и твердое тело». Т.7. Распыление. -М.: ВИНИТИ, 1993. -с. 6-114.

179. Тетельбаум Д.И. К вопросу об эффекте дальнодействия // Вестник Нижегородского университета. Сер. Физика тв. тела. 2003. - вып. 1 (6). - с. 139143.

180. Гусева М.И. Ионная имплантация в неполупроводниковые материалы // Итоги науки и техники. Сер. Пучки заряженных частиц и твёрдое тело. Т. 7. Физические основы лазерной и пучковой технологии. М.: ВИНИТИ, 1994. - с. 5-54.

181. Раджабов Т.Д., Рахимова Г.Р. О механизмах упрочнения поверхностных и приповерхностных слоев ионно-имплантированных металлов // Изв. АН. Сер. физич. 1994. - т. 58. -№ 3. - с. 173-178.

182. Трушин Ю.В. Моделирование физических процессов высокодозного ионного облучения многокомпонентных материалов // Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2003). Материалы 16 Межд. конф. 25-29 августа 2003г. М.: 2003. - т.2. - с. 23-26.

183. Fujihana Т., Okabe Y., Iwaki М. Microstructure and mechanical properties of high dose nitrogen-implanted iron, chromium and titanium sheets // Mat. Sci. Engin. 1989. -v. A115. -p. 291-295.

184. Баженов Г.П., Бугаев С.П. Ерохин Г.П. и др. Импульсная имплантация ионов меди и рения в молибден // ДАН СССР. 1986,- т. 286. - № 4. - с. 872-875.

185. Дине Дж., Винйард Дж. Радиационные эффекты в твердых телах. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. - 200 с.

186. Беграмбеков Л.Б. Эрозия и трансформация поверхности при ионной бомбардировке // Итоги науки и техники. Сер. Пучки заряженных частиц и твердое тело. T. 7.-М.: ВИНИТИ, 1993. с. 4-53.

187. Беграмбеков Л.Б., Вергазов C.B., Захаров A.M., Тельковский В.Г. Изменение рельефа графита и его соединений при облучении ионами гелия // Изв. АН. Сер. физич. 1994.-т. 58.-№4.-с. 187-194.

188. Лозован A.A., Митин Б.С., Влияние ионной имплантации на смачиваемость углеграфитовых материалов расплавами меди и N1)205 // Изв. АН. Сер. физич. 2000. -т. 64.-№4.-с. 801-804.

189. Лозован A.A. Ионно-плазменная обработка поверхностей изделий сложной формы и соединений. М.: «МАТИ» - РГТУ им. К.Э.Циолковского, 2001. - 175с.

190. Акишин А.И., Виргильев Ю.С., Черник В.Н. Эрозионные свойства углеродных материалов различной структуры и состава в потоках кислородной плазмы // Изв. АН. Сер. физич. 2002. - Т. 66, № 4. - с. 605-608.

191. Б.А.Калин, Д.М.Скоров, В.Л.Якушин. Проблемы выбора материалов для термоядерных реакторов. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 184с.

192. Roth J., Vietzke E., Haasz A.A. // Atomic and Plasma-Material Interaction Data for Fusion, Suppl. to Nuclear Fusion. 1991. -v.l. - p. 63-83.

193. Chernikov V.N., Gorodetsky A.E., Kanashenko S.L., Zakharov A.P., Wampler W.R., Doyle B.L. Deuterium trapping in graphites irradiated with C+ ions at 350 and 673 K. // Journal of Nuclear Materials. 1995. - v. 220-222. - p.912-916.

194. Игитханов Ю.Л., Крашенинников С.И., Кукшкин A.C., Юшманов П.Н. Особенности процессов переноса в пристеночной плазме токамака // Итоги науки и техники. Сер. Физика плазмы. Т. 11. М.: ВИНИТИ, 1989. - с. 5-149.

195. Kustner М., Eckstein W., Dose V., Roth J. The influence of surface roughness on the angular dependence of sputter yield // Nucl.Instrum. and Meth. in Phys.Res. В 1998. - v. 145. -p.320-331.

196. Cernusca S., Diem A., Winter HP., Aumayr F., Lurincik J., Sroubek Z. Kinetic electron emission from highly oriented pyrolytic graphite surfaces induced by singly charged ions // Nucl.Instrum. and Meth. in Phys.Res. В 2002. - v. 193. - p.616-620.

197. Hechtl E., Bondansky J., Sputtering of pyrolitic graphite with oxygen ions at various target temperatures//Journal of Nuclear Materials. 1986. - v. 141-143. - p.139-141.

198. Roth J. Erosion and impurity production of С and Be: a comparison // Journal of Nuclear Materials. 1987. - v. 145-147. - p. 87-95.

199. Гусева М.И., Мартыненко Ю.В. Особенности взаимодействия ионов с борсодержащими графитами // Итоги науки и техники. Сер. Пучки заряженных частиц и твердое тело. Т. 5. М.: ВИНИТИ, 1991.-е. 118-131.

200. Roth J. Chemical errosion of carbon based materials in fusion devices // Journal of Nuclear Materials. 1999. - v. 266-269. - p.51-57.

201. Данилин B.C., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. М: Энергоатомиздат, 1987. 264 с.

202. Экштайн В., Книжник, Г.С., Машкова Е.С., Молчанов В.А., Толмачев А.И., Фаязов И.М. // Поверхность. 1990. - № 11. - с. 27-39.

203. Машкова Е.С., Молчанов В.А., Фаязов И.М., Экштайн В. Экспериментальное и компьютерное изучение угловой зависимости коэффициента распыления графита // Поверхность. 1994. - № 2. - с. 33-37.

204. Eckstein W., Mashkova E.S. Bombardment of carbon by noble gases // Nucl. Instrum and Methods in Physics Res. 1992. - V. B62. - p. 438-446.

205. Shulga V.I. The density effects in sputtering of amorphous materials // Nucl.Instrum.Methods in Phys.Res. В 2000. - v. 170. - p.347-361.

206. Guseva M.I., Korhunov S.N., Gureev V.M. Martynenko Yu.V., Neumoin V.E., Stoljarova V.G. Investigation of beryllium self-sputtering // J. Nucl. Materials. 1997. -vol. 241-243.-p. 1117-1121.

207. Fayazov I.M., Mashkova E.S., Molchanov V.A., Sidorov A.V., Tolmachev A.I., Eckstein W. Sputtering of graphite by argon ions // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. В 1992. - v. 67. - p.523-526.

208. Chernysh V.S., Eckstein W., Haidarov A.A. Kulikauskas V.S., Mashkova E.S., Molchanov V. A. Sputtering mechanisms of polycrystalline platinum by low energy ions // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. В 2000. - v. 160. - p. 221-230.

209. Патракеев A.C., Черныш B.C., Шульга В.И. Распыление кремния ионами аргона с энергией 1-10 кэВ. И Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2003). Материалы 16 Межд. конф. 25-29 августа 2003г. М.: 2003. - т.1. - с. 166-169.

210. Борисов A.M., Машкова Е.С., Немов А.С., Камнева С.А., Курнаев В.А., Трифонов Н.Н. Влияние ионно-индуцированного рельефа на высокодозное распыление графита. Вопросы атомной науки и техники // Сер. Термоядерный синтез. 2004. - Вып.2. - с. 65-72

211. Курнаев В. А., Трифонов Н.Н. Программа моделирования взаимодействия ионов с твердым телом с учетом микротопографии поверхности // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2002. Вып. 3 - 4. - С. 76 - 81.

212. Жукова Ю. Н., Машкова Е. С., Молчанов В. А., Сотников В. М.,. Экштайн В. Угловые зависимости коэффициента распыления рельефной поверхности поликристаллов // Изв АН. Сер.физ. 1994. - т.58. - №3. - с. 92-101.

213. Серков М.В., Сидоров А.В., Экштайн В. Моделирование влияния топографии поверхности на угловые распределения распыленного вещества // Поверхность. 2002. №4.-с. 13-18.

214. Bacon D.J., Rao A.S. The structure of graphite bombarded with light, gaseous ions // J. Nucl. Mater. 1980. - v. 91. - p. 178-188.

215. Porte L., Phaner M., Villeneuve C.H., Moncoffre N., Tousset J. Scanning tunneling microscopy study of single-ion impacts of graphite surface // Nucl. Instr. Meth. in Phys. Research. В 1989. - v. 44. - p. 116-119.

216. Пугачева T.C., Ильичева И.Е., Калиновски А.П. Бужинский О.И., Опимах И.В. Моделирование на ЭВМ распыления пиролитического графита и нитрида бора легкими ионами низких энергий // Поверхность. Физика, химия, механика. 1995. -№9. - с. 71-77.

217. Neumann R. Scanning probe microscopy of ion-irradiated materials // Nucl. Instr. Meth. in Phys. Research. В 1999. - v. 151. - p.42-55.

218. Hoffman A., Gouzman I. Brener R. Possibility of carbon nitride formation by low-energy nitrogen implantation into graphite: In situ electron spectroscopy studies // Appl. Phys. Lett. 1994. - v.64. - p. 845-847.

219. Niwase K., Tanabe T. Modification of Graphite Structure by D+ and He+ Bombardment II // J. Nucl. Mater. - 1990. -v. 175 - p. 176.

220. Chernicov V.N., Zakharov A.P., Ullmaier H., Linke J. Microstructure of RGT graphite before and after helium implantation // J. Nucl. Mater. 1994. - v. 209. - p. 148-154.

221. Chernicov V.N., Kesternich W., Ullmaier H. Radiation effect and gas cavities in pyrolitic graphite implanted with helium ions // J. Nucl. Mater. 1996. - v. 227. - p. 157169.

222. Yurasuva V.E. Emission of secondary particles during ion bombardment of metals in the phase transition region. Pt.l Sputtering // Vacuum 1983. v. 33. - p. 565-578.

223. Евдокимов И.Н., Машкова Е.С., Молчанов В.А. Об одном методе наблюдения отжига дефектов в кристаллах // ФТТ 1967.- т. 9. - № 7.- с. 1825-1827.

224. Evdokimov I.N., Fayazov I.M., Mashkova E.S., Molchanov V.A., Snisar V.A. Effect of the phase transformation in germanium on the secondary processes induced by ion bombardment // Rad. Eff. and Defect in Solids. 1990. - v.l 12. - p.221-232.

225. Hasselkamp D. Kinetic Electron Emission. In: Particle induced electron emission II // Springer Tracts in Modern Physics, ed. by G.Hohler, Springer-Verlag, Berlin, 1991. v. 123 - p. 1-95.

226. Ман Л.И., Малиновский Ю.А. Семилетов С.А. Кристаллические фазы углерода //Кристаллография. 1990. - т. 35. - вып.4. - с. 1029-1039.

227. Виргильев Ю.С., Лебедев И.Г. Поведение стеклоугерода при нейтронном облучении // Неорганические материалы. 2002. - т. 38, №7. - с. 810 - 816.

228. Mrozowski S. Heat Anomalies and Spin-Spin Interactions in Carbon:Review // J. Low-Temp. Phys. 1979. -v.35. -No3/4. -p. 231-298.

229. Dinse K.-p., Kas H., Knapp C., Weiden N. EPR investigation of atoms in chemical traps // Carbon. 2000. - v.38. - p. 1635-1640.

230. Demenichelis F., Rong X.F., Schriter S., A. Tagliaferro, De Martino C. Deposition and characterisation of amorphous carbon nitride films // Diamond and Relat. Mater. -1995. v.4. - p.361-365.

231. Ивановский Г.Ф. Слепцов B.B., Елинсон B.M., Бабаев В.Г. Хвостов В.В. Рылова О.Ю. Электронная структура пленок а-С:Н // Поверхность. Физика, химия, механика. 1987. -№ 11.-е. 101 - 109

232. Сокол О.Ю. Ивановский Г.Ф. Слепцов В.В., Елинсон В.М., Герасимович С.С. Пленки а-С:Н: размер графитных кластеров и электропроводность // Микроэлектроника. 1990. - № 1. - с. 103 - 105.

233. Машкова Е. С., Молчанов В. А., Шульга В. И., Беназе К., Беназе Н., Кафарелли П., Хоу М., Экштайн В. Модификация приповерхностных слоев кремния при бомбардировке цезием // Поверхность. 1997. - N. 12.-е. 973-987.

234. Kataoka Y., Wittmaack K. Ion-induced emission as a means of studing energy- and angle-dependent compositional changes of solids bombarded with reactive ions. II. Nitrogen bombardment of silicon // Surface Science. 1999. - v. 424. - p. 299-310.

235. Ohya K. Monte Carlo simulation of heavy ion induced kinetic electron emission from A1 surface // Nucl. Instrum.and Meth. in Phys.Res. B. 2002,-v. 195,- p. 281-290.

236. Ohya K., Ishitani T. Simulation study of secondary electron images in scanning ion microscopy//Nucl. Instrum.and Meth. in Phys.Res.B. 2003.-v. 202,-p. 305-311.

237. Ohya K. Comparative study of target atomic number dependence of ion induced and electron induced secondary electron emission // Nucl. Instrum.and Meth. in Phys.Res.B. -2003.-v. 206,- p. 52- 56.

238. Взаимодействие заряженных частиц с твердым телом. / Под ред. А. Граас-Марти, Г.М.Урбасека, Н.Р.Аристы, Ф.Флореса. М.: Высшая школа, 1994. - 752с

239. Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. М: Мир, 1967,-506с.

240. Baragiola R.A. Electron emission from slow ion-solid interaction. // In Low Energy Ion-Surface Interactions, ed. by J.W.Rabalais. New York: Wiley, 1994. Ch.4.

241. Hippler S., Hasselkamp D., Scharmann A. The ion induced electron yield as a function of target material // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. В 1988. - v. 34. - p.518-520.

242. Svensson В., Holmen G., Buren A. Angular dependence of the ion-induced secondary electron yield from solids // Phys. Rev. В -1981. v. 24. - p.3749-3755.

243. Baudin K., Brunelle A., Della-Negra S., Depauw J., Beyec Y.Le., Parilis E.S.Sublinear effect in electron emission from solids bombarded with swift gold clusters // Nucl. Instrum.and Meth. in Phys.Res.B. 1996,-v. 117,- p. 47-54.

244. Billebaud A., Dauvergne D., Fallavier M., Kirsh R., Poizat J.C., Remillieux J., Tomas J.P., Rothard H. Secondary electron emission from thin carbon foils under hydrogen claster impact //Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. В 1996. - v. 112. - p.79-85.

245. Ritzau S.M., Baragiola R.A. Electron emission from carbon foils induced be keV ions // Phys.Rev. В 1998. v. 58. - p.2529-2538.

246. Hasselkamp D., Scharmann A., Stiller N. Ion induced secondary electron emission as a probe for adsorbed oxygen on tungsten // Nucl. Instrum. and Meth. 1980. - v. 168. -p. 579-583.

247. Benezeth N. Review on kinetic ion-electron emission from solid metallic targets // Nucl. Instrum. and Meth. 1982. - v. 194. - p. 405-413.

248. Titiov A.I., Kucheyev S.O. Damage accumulation in Si during N* and N2+ bombardment along random and channeling directions // Nucl. Instrum. and Meth in Phys. Res. В 1999. - v. 149. - p. 129-135.

249. Parilis E.S. Sweeping-out-electron effect under impact of large molecules and clusters // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. В 2002. - v. 193. - p. 240-247.

250. Займан Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1966. 416с.

251. Yavlinskii Yu. Track formation in amorphous metals under swift heavy ion bombardment //Nucl. Instr. Meth. 1998. - v. B146. - p. 142-146.

252. Yavlinskii Yu. Heating of crystalline and amorphous metals under swift heavy ion irradiation // Rad. Eff. and Defect in Solids. 2000. - v.153. - p.75-91.

253. R.A. Baragiola, E.V. Alonso, J. Perron, A. Oliva-Florio Ion-induced electron emission from clean metals // Surface Science. 1979. - v.90. - p. 240-255.

254. Carter G., Armour D.G. The interaction of low energy ion beams with surfaces // Thin Solid Films. -1981.-v. 80. p. 13-29.

255. Brown I.G., Galvin J.E., MacGill R.A., Wvight R.I. Improved time-of-flight ion charge state diagnostic // Rev. Sci. Instr.-1987. v. 58(9). - p. 1589-1592.

256. Brown I.G. Advaces in metal ion sources // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Research. В 1989. - v. 37/38.-p. 68-73.

257. Плютто А.А., Джобава Г.Р., Короткое И.С., Канзусян A. A. // Тезисы докладов V Всесоюзной конференции по плазменным ускорителям и ионным инжекторам. М. -1982. с. 94-95.

258. Лунев В.М., Падалка В.Г., Хороших В.М. Исследование некоторых характеристик плазмы вакуумной металлической дуги // Письма в ЖТФ. 1977. - т. 47. - с. 1491-1495.

259. Davis W.D., Miller N.C. Analysis of the electrode products emitted by dc arcs in a vacuum ambient // Appl. Phys. 1969. - v. 40. - p. 2212-2221.

260. Аксенов А.И., Анучин М.И., Бугаев C.H., Панковец ИГ., Толопа A.M. Широкоапертурный ионно-электронно-плазменный источник // ПТЭ. 1988. - №5. -с. 134-138.

261. Плютто А.А., Рыжков В.И., Капин А.И. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг // ЖЭТФ. 1964. - т. 47 - с. 494-507.

262. Holmen G., Svensson В. Buren A. Ion-induced electron emission from polycrystalline copper // Nucl. Instr. and Methods -1981. v. 185. - p. 523-532.