Поведение анодного оксида алюминия в условиях радиационного облучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГ6 од

российская академия ЩУК длЛЬНЁВОСгО^аОй ОТДЕЛЕНИЕ амурский научный центр

.АМУРСКИЙ Ш.ЯШКСШЙ Н&УЧКО-КССЛЕДОВАТЕЯЬСККЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ДЕМЧУК ВИКТОР ¿ЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 621.035.53

ПОВЯДЕШБ АНОДНОГО ОКСИДА ■ АШШШ В ШОБШ рщшшш> ОБЛУЧЕНИЯ

Слещ:?лкность 1.04.10 - Физика диэлакариков и шкудровсдооокк

АВТОРЕФЕРАТ диссертации т соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Благовещенск 1993

Работа выполнена в Амурском Комплексном научно-исследовательском институте АНЦ ДВО РАН.

Научный руководитель: чл.-корр.ИТА, доктор технических

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

ла заседании СЕеш1глкзарс«акеога Совета Л СО?..05.11 Црезкшзтоа ЛВО рдч при Ю/урКШ дао РАН по адресу: 675006, р.Елэгсьездеясх, пер.Релочкый, 1. АчурКЯИИ, зал заседаний.

Замечания и отзывы по данной работе проста направлять по адресу: 675003, г.Благовещенск, лер.Релочккй, М 1. Амурский комплексный нэучно-ксследовательский институт ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АчурКНЗШ ЛВО РАН.

наук, профессор Н.С.Костюков

наук, профессор, Ю.Т.Левкшшй кандидат физико-математических наук, доцент А.А,.Согр

Веющая организация Государственный педагогический.

институт (г.Благовещенск)

Защита состоится 15 ноября 1993 г. в

чес.

1993 г.

лчслЫ! Слецкалкзлроваиного Совета

кагшщст ^зинс-жт^атичссглее неук

.. Саяпикз О.В.

ОБЩАЯ ХЛРМ^ТЕРШТйКА. РАБОТЫ

('...

Актуальность теш. Разработка электрооборудования для современных интенсивных технологических процессов, протекакядах при высоких температурах к в радиационных полях, а также создание принципиально новых машин и аппаратов с высокой удельной мощностью, способных работать в тяжелых, а порой и в экстремальных условиях, требуют гфимекения новых электроизоляционных материалов и систем изоляции, которые могли бы обеспечить щаггельную и надежную работу'оборудовать.

В течение ряда лет проводятся систематические работы по созданию к исследованию высокотемпературной, раигзщюнкостойкой изоляции. В результате зтих работ созданы материалы на основе природных смол, оргзносиликатов, металлофосфоров и стеклокерамики. Обладая высокой, технолох'ичностью, зти материалы не шеш недостатков: ограниченный, срок службы, ограниченный температурный интервал использования, недостаточная механическая прочность к т.д. Оксид алюминия и керамика на его основе способны длительно работать в этих условиях. Однако создание отдельных цементов изоляционных конструкций и, в частности, мэжвитковой изоляции не представляется возможным, так как для этого необходимы материалы, обладающие в исходном состоянии такими технологическими свойствами как гибкость, формуемооть, невысокая температура обработки и т.д. Из сказанного видно, что традиционного способа, способного совместить выбор необходимого материала и технологичность, не существует.

В последнее время в связи с развитием вакуумных и плазменных технологий появилась возможность использования нового метода нанесения покрытий, а так»» усовершенствовать уже известные. Изучение физических характеристик зтих материалов, а такав исследование поведения зтих материалов в конкретных условиях эксплуатации является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является: Исследование структурных изменений и электрофизических характеристик в условиях облучения. Анализ возможности имитаг нейтронных повреждений, используя высоковольтный электрзн.' • микроскоп и пучки заряженных частиц.

Научная новизна результатов работы состоит в том, что

- установлен характер твердофазных реакций, проходящих в анодном оксиде при воздействии электронного пучка в интервале энергий 0,1 -И ,0 МзВ;

- проведены исследования электрофизических характеристик в условиях гамма-облучения;

- исследована морфология поверхности покрытия анодного оксида алюшния, показано влияние предварительной подготовки поверхности на электрическую прочность.

Практическая ценность работы состоит:

1. В создании программного обеспечения для качественного анализа возможности имитации, используя пучки заряженных частиц.

2. В выяснении закономерности радизционно стимулированных структурных превращений в анодном оксиде алюминия, а также исследование электрофизических характеристик в условиях облучения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались к обсуждались на II Дальневосточной школе-семинаре "Физика и химия твердого тела" (г.Благовещенск, 1988), Всесоюзной конференции "Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов" (г..Ленинград, 1990), III Международной школе-симпозиуме "Физика и химия твердого тела" (г.Благовещенск, 1991). Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ. Объем и структура работы. Диссертация изложена на 125" машинописных страницах и состоит из введения, четырех глав, разделенных на параграфы и заключения. Содержит также/^таблиц,

рисунков,, два приложения и список литературы из наименований.

Объекты исследований. В качестве объектов исследования были выбраны покрытия анодного оксида алюминия в 20 % Нг50д. На защиту выносятся результаты:

- рзссчета коэффициента подобия при облучении электронами высоких энергий, и

- профиля повреждений при облучении ионами;

- исследования характера твердофазных превращений анодного оксида при облучении в колонне электронного микроскопа.

- изменения электропроводности покрытия в процессе гамма облучения.

Состояние вопроса и задачи исследования.

Большой объем новой научной информации по радиационной повреждаемости и другим свойствам конструкционных материалов, полученной при нейтронных или эквивалентных флюенсах масштаба 10гзн/смг, по блистерообразованию, физическому и химическому распылению и т.д., в основном касается такого широкого класса материалов как металлы иго. сплавы: зустенитные, хромоникелевне хромомарганцевые стали; сплавы на основе титана; тугоплавких металлов; композита на основе углерода. Однако объем работ по изоляционным материалам на основе керамики крайне ограничен. При этом основная информация касается массивных материалов и практически отсутствует информация, касающаяся покрытий. Существует также проблема проведения эксперимента с использованием реактора, так как требуются большие финансовые затраты. В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи:

- Установить возможность имитации нейтронных повреэдений, используя высоковольный электронный микроскоп, т.е. электроны с энергией 1 МэВ.

- Установить характер твердофазных превращений в анодном оксиде алюминия в условиях воздействия быстрыми электронами.

-Исследовать электрофизические характеристики анодного оксида алюминия в условиях 7-облучения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность теш, сформулирована цель, отражены научная новизна и практическая значимость результатов.

В первой главе рассмотрен ряд наиболее приемлемых методов нанесения неорганических покрытий (табл.1), проанализированы! достоинства и недостатки каждого из них. Особое внимание уделено методу анодирования алюминия в водных растворах электролитов.

По результатам литературного обзора наиболее привлекательным для исследования, по нашему мнению, является метод анодного оксидирования. Полученные данным методом покрытия обладают рядом достоинств: простота получения, малые энергозатраты, хорошие

электрофизические свойства. Однако они не лишены и недостатков:

M E T О il Ы 110 Л и Ч Е H К Я !И Э G ñ Я Ц И 011: К bJ X

1 ! Е О Р Ii' if i И Ii"-! H CI', ii !í í¡ il К. P ifcî T К fi

•jr

x11m m ik. o- i

термические ¡'

ïepmomie x il н1яческ. hg

i

ЭЛЕКТРОФНЗН 41!.: С КИЕ В il Fr" У Ч H И b¿ Е

XMMWЧЕСКИЕ

элем:ТРо....- i хукиче»::к.ке|

ЭМАЛИРОВАНИЕ

НАПЫЛЕНИЕ

ПЯАЗМГЕНМОЕ ПЛАМЕННОЕ детоияционное

ТЕРМОМ!«'1: !;:'-'! HibfE

hohhû-r.îm;;heh hoe

тЕРмолна

1ÍIHO Д1-ÏP tSOCi! ï:'.ti!Ej

imeÍ

I

0

1

T a б .'i. 1. О сн о в н ы с me т о д ы п о л у ч е i-1 и я и о о л я ц и о н н ы ч z о р г а н и ч с с к и х п о к р ыт и й .

пористость, хрупкость, фазовая нестабильность, характерных для данного класса материалов.

Со времени возникновения первой, гипотезы о механизме образования оксидных пленок на алюминии в 1932 г. и до настоящего времени не разработана общепризнанная теория формирования структуры этих пленок. На основе данных электронной микроскопии установлено, что анодные оксиды состоят из двух слоев: прилежащего к металл;,' сплошного тонкого слоя, называемого барьерным, и внешнего пористого сильно гйдратированного слоя. Применение новых методов анализа позволило обнаружить сложность состава оксидов. В частности, установлено, что в состав оксида входит значительное количество ионов электролита.

Богоявленским А.Ф. и его сотрудниками была разработзка коллоидао-электрохкмичеекая теория, котораярассматривает фазовые анодные оксида как коллоидные образования специфической ориентированной структуры и свойств. По этой теории анодный оксид представляет собой ориентированный • электрическим полем гель оксида металла. Частицы геля расположены перпендикулярно поверхности металла. Поры расположены между волокнистыми частицами оксида и заполнены электролитом. Аниона электролита адсорбируют нз внешней поверхности мицелл ориентированного геля, доставляют им необходимую для гидратации волу и препятствуют слиянию частиц в сплошной. Оеспористкй слой.

В интервале температур 200 - 1200 °С известно не менее семи кристаллических модификаций и аморфная форма, которая уплотняется в процессе отжига. Кристаллические формы могут быть высокотемпературные (сх-А120.ч) и низкотемпературные (7~А1203). Форма 7-А120^ с кубической решеткой яри 1000 °С и выше переходит в а-А1203 гексагональной сингонии (структурный тип ББ1) с ковалентной связью между атомами А1 и 0.

Существующие сведения о структуре аморфной противоречивы. В /1/ сформирован!/ представления об аморфнойА1203 как о гидрокедде, так и о структуре близкой к безводной модификации у'А1203. С точки зрения теории о структуре анодного аморфного слоя в виде макромолекул, разделенных "квазк-прсмежутками", допускается необычная координация атомов в макромолекулах, невозможная для кристаллического состояния.

а-А1203 является наиболее широко жученной оксшщой. керамикой. с точки зрения радкационнйх. повреждений и эволюции ее микроструктура. Пороговая зкергия смещения кия ашваш и кислорода составляет 18 зВ и 78 зВ, соответственно. При облучении кристаллов корунда тяжелыми ионами кислорода и последущем отжиге, з также при высокотемпературном облучении электронами, в колонке высоковольтного микроскопа обнаружены дислокационные петли внедренного типа и комплексы вакансий. Первые вакансионше

поры, появляется при дозе 0,3 с.к.а. при 973 К. Кликэрд Ф.В., исследуя образцы оксида, облученные при Т = 870 - 1020 К и флюенсе 6-10г5н/м2 (Е > 0,1 МэВ), показал, что поры выстраиваются вдоль оси "с". В интервале доз 10-20 с.н.а. образуется трехмерная решетка пор.

Большинство данных, приведенных в литературе, отражают поведение идеальной структура - монокристалла оксида алшккия в поле излучения. Такая ситузпдя оправдана методически и кеобхолкма для понимания физпческих. процсссов, происходящих в материале. Но, прогнозируя поведение реального узла, необходимо учитывать те изменения, которые вносятся на отдельных технологических этапах. В большой мере это относится к к покрытиям, которые обладают характерной для каждого метода структурой и по своим физико-химическим свойствам отличатся от спеченных материалов. Примером могут служить данные, приведенные в /2/, по химическому составу и физико-химияеским свойствам исходных и исследуемых плазмонапылен-ных покрытий.. Из анализа данных следует, что после процесса напыления мы имеем совершенно другой материал, отличающийся не только химическим составом, но и типом решетки.

Макроструктура, фазовый состав покрытий на основе А1г03 могут быть различны и определяются способом их создания. Так покрытия. созданные методом анодного оксидирования и газоплазменного напыления, отличаются максимально высокой пористостью и способностью адсорбировать влагу и различные газы. С другой стороны, покрытия, полученные методом электроннолучевого испарения в вакууме и термохимическим способом, дают плотную кристаллическую структуру. Разнообразен и фазовый состав; от аморфной структуры пленок, полученных методом анодирования и реактивного распыления, до а, 7, 5, 6 - фаз для пленок, получен-

ннх плазменным способом и методом электронно-лучевого испарения. Очевидно, что такое обилие исходных фаз стимулирует структурно-морфологические изменения при облучении, что способствует возникновению дополнительных механических напряжений в покрытиях и на границе пленка-подложка.

Вторая глава посвящена торетическим гфоблемам имитации нейтронного облучения.

Эксперименты по имитации .позволяют увеличить скорость повреждения до ю-4 - 10~2 (с.н.з.)/с. Основными преимуществами при облучении образцов на ускорителях заряженных частиц являются: 1 возможность дифференциального исследования многочисленных факторов, управлявших формированием при реакторном облучении;

2)возможность избирательного введения примесей в исследуемые объекты;

3 возможность непосредственного исследования эволюции дефектной структура при облучении; 4)отсутствие наведенной активности; 5 Относительно низкая стоимость эксперимента. В реальных имитационных экспериментах дяя сравнения результатов облучения используют следующие условия подобия:

1)условие равенства отношения скорости образования ПЯР (продуктов ядерных реакций) к скорости создания радиационных дефектов:

кр /кп = к /К3

2)условие равенства скорости генерации точечных дефектов к скорости исчезновения на стоках, для вакансий это условие записывается следующим образом:

К,/К2 = 1)у

где К1, К2 - скорости повреждения в сравниваемых экспериментах; - коэффициенты диффузии вакансий в течении облучения;

1 г

ЕЕ1<г

где Е у - энергия миграции вакансий; Т1 г - температура облучения в сравниваемых экспериментах;

3) условие подобия структуры первичных радиационных

повреждений. В связи с этим условием необходимо выбрать некоторый

количественный критерий, характеризующей, число дефектов,

образованных одинаковым образом, т.е. учитывающий распределение

ПВА по энергиям.

В работе /3/ введен количественный критерий - коэффициент

подобия. K±d спектров ПВА двух видов облучения, равный площади

перекрытия двух фигур, ограниченных кривыми Р±, Р^ (функции

распределения дефектов по энергиям ПВА):

т

m

Ki3 = X ÜT mirif.P1 (Т) ,Р а (Т ) } Ed

Величина К^показывает, какая доля смещенных атомов образована в подобных условиях для двух видов облучения при равной дозе. Идеальному подобию соответствует ~ 1.

Программа вычисления, коэффициента соответствия и коэффициента пересчета радиационных повреждений при облучении элекронами высоких энергий

Исходным выражением дяя рзссчета коэффициента соответствия является

К , = f fiT rnitiiP (Т),Р CT)}

n:I J n e

da (T,E)

E .

v(T) J <1Ж> (E)

n

ГД8 P =

da, Б . dT

Р.П _ ИХП

n T

■ так

X т^ешт х с®п(Е)

- каскадная функция, вычисляемая в сооветствии с ТШ-

йст

стандартом; Ф(Е) - энергетический спектр нейтронов; "

дифференциальное сечение передачи ПВА энергии Т; аЕ - полное сечение образования дефектов, равное числу смещений на атом при единичном потоке.

Параметр соотвествия зависит как от сорта облучающих частиц, так и от их энергетического спектра Ф(Е) в

рассматриваемом элементе объема. В случае облучения моноэнергетиянымк электронами с энергией Е>1 МэВ изменением спектра в тонких мишенях мойно пренебречь. Таким образом:

60

1>СТ) —(Т,Е)

(1Т

Р =

(За

Г г(Т)—— йТ в йТ

При рассчете упругого рассеяния электронов используется формула Резерфорда с поправками, предложенными Мак-Кинли и Фешбаком:

6а иЬ,г Т Г „ Т ' ' ■'п

е

т г 0 т Г Гт 1 т 1

--Е- 4 1 - б1--+ тар] ---I

Т I Т I . Т Т

(И 4 _ „

т

а =-2— ; (3 =-£■; Т = ( 1 -137 с к -1

•Т.к. почти во всех случаях, представляющих интерес, большинство

нарушений производится нейтронами с энергией ниже 2 МэВ, то

рассеяние можно считать изотропным, т.е.

<1а а (Е)

__Г^ _ II .

сгТ ~ Т

ш

а (Е) -измеренное сечение упругого рассеяния нейтрона, которое хорошо известно для большинства ядер. В случае многокомпонентной мишени:

апГГ 2

апБ

Коэффициент пересчета определялся как

Входными величинами для работы программы являются: Е (МэВ), ъ , Иг, ст ), Ф(Е), вводимые оператором и сформированные в отдельные загрузочные'файлы. При этом применяется интерполяция вспомогательных функций сг СЕ) и Ф(Е), заданных в виде таблиц /4/. Значения Ф(Е) взяты из работы /5/.

В третьей главе диссертации содержится описание применявшихся в работе экспериментальных методов и изложены .результаты эксперимента. Основной метод, применяемый в данном исследовании. - высоковольтная электронная микроскопия. Использовался высоковольтный электронный микроскоп .1ВМ-100 фирмы

"JEOL" с энергией; электронов до 1 МэВ и разрешением до 2 ел.

Использование данного метода выдвигает ряд ограничении для объекта исследования.

1. Для исследования в просвечивающем электронном микроскопе требуются образии с ограниченной толащной, величина которой определяется энергией электронного пучка. Так для Е0л ~ 100 КэВ необходимая толщина находится в интервале 10 -100 нм.

2. Кроме того, при облучении электронным пучком объект не должен заряжаться, так как неравномерность заряда может существенным образом повлиять на конечное изображение. Учитывая указанные выше обстоятельства, нами разработана

следующая методика приготовления образцов для электрокно-мккросколиче ских экспериментов.

1 этап - получение оксидного покрытия толщиной ~ 1 -Змкм в чистом виде, оттрзвливзя металлический алюминий в концентрированной НС1. Использование исходного покрытия меньшей толщины.

2 этап - утонение образца, используя конную бомбардировку, в процессе которой поверхностные слои удаляются с образца.

3 этап-- нанесение тонкой углеродной пленки толщиной ~ 0,001 - 0,01 мкм методом термического вакуумного осаждения.

В случае использования высоковольтной электронной микроскопии с Еэч ~ 1 МэВ и сканирующего электронного мшфоскопа 2 этап на использовался.

Применение просвечивающей электронной микроскопии весьма целесообразно, поскольку этим методом можно получить почти всю информацию, необходимую для полкой характеристики микроструктуры материалов. Ценность применения этой методики определяется также возможностью непосредственного наблюдения in situ различных физических процессов - фазовые превращения, рекристаллизация, возникновение различных дефектов структуры и т.д.

Электроны с энергией 1-13 МэВ вызывают смешение атомов и создаст в материалах дефекты в виде отдельных пар Френкеля, ' поэтому ВВЭМ может быть использован как облучательный ускоритель электронов. В современных электронных микроскопах плотность электронного потока достигает 2-10гд (мг-с), при этом скорость повреждения составляет ÎO""4 -10""2 сна-с"1, что на 3-4 порядка выше скорости повреждения, реализуемой в реакторных условиях.

Для проведения эксперимента по облучению в электронном микроскопе били получены образин анодного оксида алюминия ~ 1 мкм ло описанной вша методике. Образин подвергались облучению электронами при максимальном ускоряхщем напряжении 1 МзВ в режиме полной фокусировки (диаметр порядка 2 мкм). Такой ре:шм бнл необходам для получения максимальной плотности тока.

Предполагалось, что нагрев объекта за счет облучения незначителен и не превышает 40°С.

После установи! образца и получения изображения на флюоресцентном экране проводился общий обзор объекта с целью определения удобных для исследования участков покрытия. Рабочее увеличение в режиме наблюдения устанавливалось в пределах 20000х * 40000х.

Исследование яаменения структуры методом ВЭМ проводилось в режиме светлопольного и темнопольного изображения и дифракции в течение всего эксперимента через определенные промежутки времени. Информация фиксировалась на негативные фотопластинки.

Одним из важных параметров, характеризующих зксплутациоянне свойства изоляционных покрытий в условиях облучения, является удельное объемное сопротивление. Гак как основной вклад в радиационную составляющуюпроводимости под действием реакторного облучения дает ^-составляющая, то отработка методам! измерения р в процессе у-облучения проводилась нами в одном из каналов водозащитной кобальтовой 7-установки при следующих значениях мощности экспозиционной дозы излучения; 1 ■ 103; 3,9-103 Р/с, которые по порядку величины близки значению 7-состзвлямцей реакторного излучения.

Для измерения электропроводности использовались образцы в форме цилиндра диаметром 5 ш и высотой 50 мм с покрытием из анодного оксида алюминия толщиной 80 мкм. Измерение электропроводности проводилось в нестационарном режиме, т.е. значение тока, проходящего через объекты исследований, измерялось через одну минуту после подачи, напряжения, что соответствует существующему ГОСТу 6433.2-71 на'испытания электроизоляционных материалов. Погрешность измерения электропроводности в процессе гамма-облучения не превышала ™ 15 %.

Пробивное напряжение изоляции обмоточных проводов является одним из важных параметров, определяющих их качество и

работоспособность. Наличие в покрытии открытых пор не позволяет рассчитывать на получение высоких пробивных напряжений. Однако весьма вероятно, что детальное изучение причин, влияющее на процесс формирования покрытия и развития пробоя, позволит создать изоляцию, работающую с удовлетворительными характеристиками.

Четвертая х'лава посвящена обобщению результатов эксперимента в соответствии с задачами, решаемыми в диссертации.

Основной, вопрос имитацкоЕного эксперимента - это оценка критерия подобия радиационного повреждения и выбор типа и дозы имитирующих частиц. Если получек профиль распределения количе ства первичных дефектов ло глубина материала для первичных частиц различной природа, то всегда возможно определить дозу гаитярущих частиц, необходимую для достижения заданной плотности первичных дефектов в материале, соответствующую облучению известным потоком первичных частиц.

Такими критериями подобия могут, являться спектры первично выбитых атомов и функция распределения количества дефектов по энергиям первично выбитых атомов.

Существует две методики физической имитации, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Это облучение в высоковольтном электронном микроскопе (ВВЭЮ и использование тяжелых заряженных частиц с МзВ энергией, полученных на ускорителях. Электроны создают более гомогенное распределение радиационных дефектов (пар Френкеля) в сравнении с ионами, производящими более реальные каскады смещений., но в небольших объемах, которые должны быть точно локализованы для исследования.

Очевидно, что при таких неэквивалентных условиях образования и пространственного распределения дефектов, необходим хотя бы качественный предварительный анализ при постановке имитационного эксперимента. Нами рассчитана зависимость параметра соответствия К от начальной энергии имитирующих частиц Ео в случае облучения тонких образцов различными сортами заряженных частиц. Соответствие устанавливается для спектра нейтронов в зоне сверхпроводящих катушек ТЯР. На рис.1 представлена зависимость параметра соответствия от начальной энергии электронов. Как видно из рисунка, значение К в области энергий, используемых в ВВЭМ, стремится к 0. Это означает, что спектры первично выбитых атомов

в данном случае практически несопоставимы. Данное обстоятельство становится понятным, если учесть, что при энергии электронов в ВВЭМ ~ 1 Мэв первично выбитые атомы не способны вызвать повторного смещения и развития каскадов смещений. Обнадеживающими в этом отношении являются эксперименты с использованием протонов, коэффициент подобия которых при энергиях ~ 10 МэВ близок к 1. Следует отметить, что в предлагаемом критерии соответствия, основанном на прямом сравнении спектров первично выбитых атомов, не учитывается то обстоятельство, что каждое конкретное изменение физических свойств облучаемого материала связано с определенным участком спектра первично выбитых атомов. Поэтому данный критерий оказывается черззмерко жестким.

.010 КЕ

.оов

,00В

.004

,00с

• ООО _____:_,

1.3 1.4 1.5 1.В 1.7 1.8 1.9 2.0

(МэВ)

А

Л

Рис.1. Зависимость параметра соответствия от начальной энергии электронов.

Структурные изменения.

Актуальность задачи определяется тем, что в исходном состоянии анодный оксид алюминия имеет аморфную структуру. Здесь мы. пользуемся понятием аморфный для обозначения некристаллических

структур. С помощью электронограмм не удается различать аморфные (не обладающие 4 дальним порядком, т.е. трансляционной периодичностью на расстояниях., превкжащкх несколько межатомных промежутков) и мелкозернистые (с размером зерна менее 2нм) структуры, поскольку в обоих случаях электронограммы содержат дкФХузнне гало.

Как показывают электрошомикроскопические исследования в темном поле и микродий>акцйошшй анализ характер твердофазных превращений и структурно морфологические изменения определяются энергией электронного пучка и наличием анионов анодированного электролита. Последние встраиваются в оксид в процессе его формирования, и играют важную роль в образовании: пористой структуры пленок и в процессах рекристаллизации. Структурные анионы не удаляются при отмывке. Определено, что концентрация анионов в оксиде достигает максимума к моменту перехода от стадии образования барьерной пленки оксида к стадик зарождения в ней пор. Паж згфдксирэванны две твердофазные реакции, отличающиеся структурой возникающей кристаллической фазы: 6-А1г0„ с размером зерен до 50 км и у-А1гО^ в тсокощспорсном состоянии.

Образование метастабильных структур лучше всего объяснять феноменологически, обращаясь к правилу Оствальда, согласно которому система переходит из менее стабильного состояния в конечное стабильное через ряд промежуточных состояний со все возрастающей стабильностью. Если гфедщо дожить, что в процессе создания покрытия образуется аморфная фаза, то из правила ступеней Оствальда следует, что путем последующего отжига в ней можно получать все метастабильные, более высокотемпературные фазы данного материала.

При облучении стационарное состояние проводимости достигается не сразу, а процесс установления растянут во времени, шлея Б-образную форму. В начале облучения она достигает скачком максимального значения, а затем уменьшается до установившегося состояния. 'Такая зависимость наблюдалась нами на образцах анодного оксида алюминия в канале 7-установки при мощностях дозы 1100 Р/с и 3900 Р/с (рис.2).

При анализе переходных процессов предполагается, что электроны освобождаются в результате взаимодействия с излучением,

г убыль 'злек'грсаюв определяется рекомбинацией и прилипанием к ловушкам. Из анализа этих процессов, приведенных в работе /6/, следует, что для выполнения условия максимума необходимо и достаточно, чтобы сечение захвата ловушками было меньше сечения рекомбинации. Представляет интерес поведение кривой при I = 3900 Р/с. Значение удельного сопротивления в процессе облучения в некоторый момент временя становится больше, чем с 1 = 1100 Р/с, Такое положение возможно объяснить результатом взаимодействия двух составляющих проводимости радиационной, обусловленной электронами, и обычной, обусловленной ионами натрия. Ионы натрия могут являться центрами рекомбинации электронов проводимости, что к приводит к увеличению удельного объемного сопротивления при облучении.

4,5 4,0 3,5 3 ,о г,5 2,0 1.5 1,0 0,5

р ,0м.см хЮШ /"

т °с

45 -40 35 30-|/ 25 20 -15 4 10-

м

50

100

^ НИН

50

100

t1 мин

Рис.2. Изменение удельного объемного сопротивления образца со временем в канале гаша-установки. I = 3.9-103 Р/с.

Анализ электро1Шошкроскогогчес.ких изображений, проведенный нами, дает основание предположить, что пробой анодных покрытий на воздухе проходит по порам. Пробивное напряжение в этом случае при

некоторой, фиксированной толщине покрытия должно' определяться состоянием поверхности и наличием микровключений, которые искажают кинетику роста плзкки. Как показывают результаты эксперимента, каждый из этих факторов имеет определяющее значение (рис.3).

1200 юоо воо

Е^В)

бОО-400200

1 ^ 2 3 4 5

номер образиа

Рис.3. Изменение электрической прочности образца в зависимости от предварительной подготовки:

1 - без предварительной полировки; 2-е полировкой образца; 3 -с кипячением, в дисциллированной воде; 4-е покрытием пленкой алюминия; 5 - образец 2 в канале Г-устаковки с мощностью дозы 1100 Р/с. .

Выводы.

Основные результаты выполненных исследований можно сформулировать следующим образом:

1. Рассмотрены физические аспекты теории имитации нейтронных повреждений, на основании которых создана программа рассчета коэффициента подобия при облучении электронами и ионами.

2. Создана программа рассчета профиля повреждений при облучении тяжелыми ионами.

3. На основании рассчитанных данных установлена оптимальная энергия протонов при имитации нейтронных повреждений спектра ТЯР.

4. Установлен характер твердофазных превращений при облучении анодного оксида алюминия электронами. Показано, что при облучении электронами с энергией 1 МэВ идет выделение 6-А1г03.

5. Гаммастимулированная электропроводность покрытия анодного оксида алюминия растет с увеличением мощности дозы, преобладает процесс захвата носителей центрами рекомбинации.

Основные результаты диссертации опубликованы в в следующих работах:

1. Худяков A.B., Демчук В. А., Медведева О.Г., Саяпина О.В., Щекина Г.Б., Худяков В.А. О свойствах ультрадисперсных сред// "Физика твердого тела". Благовещенск. 1988. С.79-96.

2. Костюков Н.С., Демчук В.А., Саяпина О.В. Влияние ионизирующих излучений на свойства материалов// ИТЦ ДВО Mi СССР. Депон. ВИНИТИ 8515-В87. Благовещенск. 1987. 115 с.

3. Демчук В.А., Костюков Н.С., Саяпина О.В. Исследование структуры анодного оксида алюминия//'Тез. докладов II школы-семинара "Физика и химия твердого тела". Благовещенск. 1988. 'T.1. С.99-100.

4. Саяпина О.В., Костюков Н.С., Ермишкин В.А., Демчук В.А. 0 моделировании нейтронного дефектооСразования в кварце штоком высокознергетичных электронов// Там »в. Благовещенск. 1988. Т.1. С.102-103.

5. Демчук В.А., Костюков Н.С. Имитация нейтронных повреждений с помощью ускорителей тяжелых ионов// 'Тез. докладов III Международн. школы-симпозиума "Физика и химия твердого тела". Благовещенск. 1991, С.82-83.

6. Костюков Н.С., Саяпина О.В., Демчук В.А., 'Трунов A.M. Керамические электроизоляционные материалы для термоядерных реакторов// Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов (Сб.трудов всесоюзной конференции). Ленинград. 1990. ЧЛ1. С. 168-169.

7. Демчук В.А., Костюков Н.С. Имитации нейтронных повреждений с помощью ускорителей тяжелых ионов// Сб.докл., посвящ. 80-летию чл.-корр.АН СССР, лауреата гос.премии Г.А.Смоленского. Благовещенск. 1990. С.14-18.

8. Демчук В.А., Костюков Н.С., Саяпина О.В. Изоляционные свойства анодного оксида алюминия// Сб.: "Керамические и композиционные материалы и их свойства". Благовещенск. 1989.

С.122-125.

Цитированная литература.

1. Данков Л.Д., Игнатов Д.В. Электронографические исследования окисных и гидроокисных пленок на металлах. И.: Изд-во № СССР 1953. 148 с.

2. Зеленский В.Ф., Некладов И.М., Черняева Т.П. Радиационные дефекты и распухание металлов. Киев: Наукова думка. 1988, 293 с.

3. ГзннВ.В., Юдин О.В. Исследование степени подобия спектров ПВА при имитации нейтронного облучения тяжелыми ионами// Вопр. атом, науки и техн. Сер. Физика радиац. повреждений и радиац. материале ве дение. 1982. Вып. 3(11). С.23-25.

4. Атлас зфЗрективных нейтронных сечений элементов. Под ред. Ю.В.Адамчука. М.: Издательство АН СССР. 1955.

5. Маслов В.В., Трубачев С.Г. Изоляция обмоток электромагнитных систем установок ТОКАМАК// Электротехнические материалы. 1983. С.35-38.

6. Костюков Н.С., Маслов В.В., Муминов М.И. Радиационная стойкость диэлектриков. Ташкент: Изд.ФАН УзССР. 1981. 214 с.