Субструктурные изменения высокоглиноземистых керамических диэлектриков в результате нейтронного облучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

лклцаиняилукгосашскай Фадеелции

ЛШиепос точное огдет шив амурский ми/аекстП нлучно-нссэедсвлтельскнй институт

и Л

\ ;Л 1003

На правах рукописи

Пинчепко Клена Бсрасовиз

Субструктурные изменения-

еысокогликоззмистых керамических диэлектриков в результате нейтронного сбкучения

ЛЗТОРЕФЕРАТ лиссершгии на слт икание учс»с1л стемна кандидата ф;пикс> - матема‘п.'сш.ч.!лук

Благовещенск - 1995

Небога выполнена з Амурском комплексном научно - .¡ссдедозательском инсппутсДООРАН. ■

доктор технических' наук, профессор Костюков Н.С. каїшішг фіаїко- шкнличсских наук Астапога І;.С.

Офщаамниг оппоненты: . . доктор фіанко- шюшнческіїх тук

профессор М::хай.іов М. М. зокер физике- математических наук.

; доцент Костенко N1. И. .

Ведущая организация: Хабаровский государственный технический унигерсиївг

Зашігга состоится “ 10" декабря і 9у8 г. в “• Ю “ чз.соз на заседании диссертационного совета Д 200.20 01 при АмурКІІНИ ДВО РАН по адресу.

675000. г. Благовещенск. пер. Рело«ны8,1. АмурХШШ. зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться к библиотеке АмурКІ ШИ ДНО РА! I.

Автореферат разослан

Учены» секретарь диіссрггшіоішого совета

К. ф - Л! К.

■І1 ¡993 г.

САетапоеа Е С.

V/

Научный консультант. ШучныП рукосодіггель:

ОБЩАЯ ХАРЛКТЕГИСТВКЛ РАБОТЫ

Летуальяость теми. Изучение субструетуримх изменений керамичесия диэлектрике^, вь:зр2ккых действием быстрых нейтронов, имеет нгучьо? I! практическое знзчекиз з ссязп с необходимостью охранения физических свойств и прочностных характеристик керлмичесхнх м.'тср1:олов а экстремальных условиях реакторного об-гучс>«!-. Физпчискнз сгоГетс; яерсмпчесоя азилеприкоз существенно з?.бисят от сред-нга величин размера'блгкоа, угла даерпевторовга «яждг ними, рзднацпонкостн’.;)'.:::-рогеклых мякрочалретжнгл. Дефегш субструктуры !!гр."!3т роль кзнвдггратсров напряжений, та которых 14з-э1 неравном; ■люто ргспреаяяеиия пагругох «з малых участках сосредотачис-;этся значительны« ¡¡сар.ч:"сго:я. Поэтомуактуальной задачей для лрогио-гироЕпнкя радиационной стойкости ксрашпеских ддал'.пугеог» является исследование дефекте» и г.зрау-г;-,.-:» су5етрук5уры, устанснлет:е езягл суоструетуриых характеристик со сесйсчезмн слала):.:*: >. '•' о го гомпэчеггтгмх кергмлчеегкх систем

Цель раЗаты: последование субструкгури осисгкг.гх и'исггглэфяз высохошкио-гемаяган к;рз:я:::1; после оолучгння быстрыми иеПтрокани фдгазнсом 3.7* 1031 см'2 и вмязлениг рота д.$екп>остп ядачури в изменении электрп-челл-ж и гг.жгччесг'х свойств вь'сисогкяновдотспос диздеетржеэ после обучения.

В соогаегстг-ни с поставленной кель:з р;!ле:;ы следующие задачи: « разработка мггогагси тонкой расшифровки ре тгекагракм керамита! к кыпохненне еммкп образцов

о режимах, ототчаошкх екбрлялой мгга.тлка; * определение пграмегрса <убстру!оуры с^-'угитьгк : .•: с :;-: л;:иЛ-ктр^::п»; - _,!0>и:ешм ¡¡арП-.^троз элгнзггтгрной ячейки

корунда с учетом елийння диффузного рксеяипя реягтгкстспос пулей '.я несовершенствах кристаллов (ДРРЛ); с определение качестгктья и' к«тчееп:еякых хгракгЗрисгкх преобладающи.х типов мккродафепоа до, после оЗяучений н в-глзоцгесе посаер:отщи-оннаго отжига на основе ана;:зза ДРРЛ; * игеячйяотм хтс-лтеизма восстсясвгаям струпури радигцжжкопогреждзнной «герамккн я гр'н.меч пое-сраидцнонного отжиге; •выявлегнв роли дефектности субггругпуры в ¡аит-иш фнзячезапс езоЛств и прочностных характеристик сЭдучелллй кфампк», разработка субструкг>рных критериев висорз КОЧПОНСИТОП ДЛЯ ООАГДЯК.Ч ЯСНОГО ртДИгЩ!ОЧНОСТОЙКОГО кепа .ического мэтериа-

Обмкпд я «етоди «ссдедоааняа. Изучались образцы ьысокоглинозекнсгтсп керамики с массовой долей АЬО, от 76 до 99 %: ультрафарфор УФ - 46, 22ХС, Г5 - 7, микролит МК ло н после облучения быстрыми нейтронами флюенсом 3.7-!03' нейтрЬн/см1.

Оор.ї.їць; были облучены в на\^шичг: следовательском институте атомных реакторов (г. Лимктрозфлл) з канале ВЭК - 8 ядерного реактора БОР - 60 в течении 3,5 лет, диапазон энергии составил 0-20 Mïa с преобладанием 100 - ЗООКэЗ. Температура облучения ЛОО'С. Время выдержки образцов гюслс облучения до начала исследовании - 13 лет. Использованы методы структурной рентгенографии.

Научная козизнз. Вы/галена возможность исследования сіьть^оповрежденг;ь;х керамических диэлектриков метолом анализа ДРРЛ. Показана необходимость исследования параметров и дефектов субструктуры облученных быстрыми нейтронами керамических ДИЗЛСКТрНКОВ ДЛЯ уСТаіЮВЛСННЯ ИЛ СВЯЗИ с НЗМЄНЄКИЄМ физических свойств.

Положения, иыкоенмые «а їащмту « Нейтронное облучение вызывает в ГБ-7 уменьшение размеров блоков и в результате появление значительных мнкронапряженин, сопровождающееся возникновением крупных дислокационных петель двух типов: вахан-снонныч !( .4 і с лдоу і ел ь ег ых Большая концентрация и иекьшая подвижность петель ва-каксионного типа по сравнению С междоузельнымн присолит к значительному повреждению субстуктуры; -

• Параметры субструктуры корунда в керамик* УФ - 46 и 22ХС под действием нейтронного облучения изменяются пеньте. чем б ГБ - 7 и МК. Основными типами рз-'ДІшшошш\'дефектов в УФ - 46 и 22ХС являются дислокационные петли вакаксионного типа И точечные дефекты. ЧТО определяет СОЛЬШ)Х> подвижность петель и быстрое вос-

■ становление структуры (уже до 400*0 в процессе отжига.

; • Преобладающее радиационное анизотропное распухание корунда в керамике в щпрдзлгшш оси “с" определяется в значительной степени петлями междоузлии 5 ГБ -• 7 и точечными дефектами в 22ХС и УФ - 46.

• ® Геігггсіюметрическзш полнопрофильная андлш керамических дюдектрккоа по-;$20лдет прогнозировать a-у переход А1;СЬ под действием нейтронного облучения Из рентгенометрического факта частичной аморфизашш корунда с одновременным появлением зародышей y - ф-азьг А^О? в ГБ - 7 и ерлвинтелького анализа суоструктурных изме-

1 нений >лифолита следует, что увеличение,флюекса {> 3.7* І0'1 см'*) приведет к потере

■ прочностных характеристик керамики ГБ - 7.

'•:’•••/. Практическая ценность, Полуденные результаты расширяют представления о м;.хлнн5м£ч радиационных повреждении в керамических диэлектриках под действием

;-облучения быстрыми нейтронами н восстановления структуры в процессе послерздизци*

OHTOtt! отита. магуг бмгь гспвлиокгны дя* рагр»{чякя метки прогкоэкроза-

явя радивииовгоГі с:зькоств кермінчсгяіх -jtKiJXxrpt&aa iu¡ osixtss субярухгургтх из-менеиші, вьмадгякых г.«то»иреіятек;га:ойяіі^»пг№ле^ят.

АпрэЗздаа pafem. Fesysvram pàêcm сбсуж&штгь в* Зсгросс::йгкіге я между-езрвдвых ковферкиастс « иа VU я VIH мяесиатоігзяьш.* соегшгкпг* *Ршшгцнонкм физика твердого ж' (Cesa««»»* • 1997,- )593); * es ВсероесеЯсхоГ* конференции ’Физико-ал «гческпг ггрд&г.етлы соїддам аг-кмнк! специального и обпггго віїязч-їчкя на основе скіггетачггг :.:х н природных ихгажевав* (Сим :вк£?, 1997); « на 5® жякдуііЗ-родном сампозггумз *іїцсояягаае;« jpsue cssjwjpc-»#!®»» îî'»obus вео?г»ікчески4 материалы з текпике* 'O.íotxja, 1991); * ка mkkJÇtospîotsm сикпоэиуиг *Прилкняы » процессы «мління Яїергашчєснн ііагернгл«.* (Парные Csmcoso?»»« «тяли, Хабз-ровск, 1993% » на 4':t г-етаукг^адиой коч^ергкісга а Аз-а» Международного со»га обществ исслгковзпил мтряагоа (Яязапа, 199»); » и Г/ «ятгЗаю-ровевГетом сямтяиу* ме "Кгргаэтпшиыг «яерккяи и вг<шаяа" (КНР, Î99Ï); . •

з к* З1*- международная есгрвче Кгрямячески* с'Зіяеггп Тиг-ссксаяскаго сбрзкяениа (Кор-т, 1092). .

Пуйлтац'лп. Па т.іе ХЯіссерг^иии o:r-ûnmvsmo 12 pcSüT.. . .

Сіррпда « оРьея psSensi Дяссгртаїгжя ггоиг и ееегжшя, 3 їх» и заключения общим объемам 127 стгкккц, вювочая ЗІ рк-гукегз, /У «Ддгц и «псе литературы да 134 нзиыгаоьаняй. . :

Содержзин« ръ&пы. «¡яг?:«!? ебегизггвк? т^&лмюета раЗсгы,

описание сеяи, задач и .иггояоз всюкаазлкіл, xrpsssspaanisy яозяжы « ripasra«:sc::ca значимости работы, освозэт^загагаветппиозкхяя. .

Пгзвея г.т.«»«| аосмвсяа гяаядау косяетиЕгтпгЯ структуры л субетрухэдм Дй-злепригоэ, подзергаутих веЯгрсжксяу ейзутелго, Озхзшы рстиекстясм кяпедм г;г-елгговытя рздиецкекнь« кефестол.' Рассмклргшл ютресы lasssdi* ретнгцкаядых «з-pymescä структури на сзоЯетаа ssezestpsao» я гас «уйетесшыа.юрае.'грзсгакн. При»-лея» обосазквже Выборг обьекгеи шзвдвкйвя; опкегка к текстуре а структура, вря-, веден химический и фзэо?»-шягртпкосга&сос1*а.

3 осногу шдаа ркнаякяаак tfspjra&ctiS структури :>шетыз ошто» и кгр*.; ' мических дизлекгрикоз на их основе vonaxcaи ошорнгя рзботл Р. С. Ветхса. Иаотедоза-иия последних яят по раБотгм Пеалга, Вебера, Яжижтг, Hoza, Свігвяам B.C., Вглякога ВА., ШзгЯко В H., Asyess В.?., Чгріюва Ш п круппс праакаянзирогани согегсно

принято,; ОссСо* ; ”слла^^^*;-г2 с/С*

■ структур:..! 1,г:'1\у:;,и:;. Г'.;;;'.с.:сас....: . . ;-• гснгри:ик> .с::ньгх д-фактос

с>-бстгук1урм в 'гпспо; млтг^пла:. и *р1стиплсф;пзх кср^митн. 'Зы’',1с:.о, что при

лольи::..; ¡:с:.:~.;:;-~<:-.;,:;' ¿.{¿¿гград^з однт; ¡а ¿ф-фейтп£/:ьс< . ;ло~ог исс^едозани'? С;5-сгругсгуры яыкется ягтод «;илцза диффузного ргссслния рсштенозск^м лучей на иссо-ЕсршекстиДл кристалла. Сспоплыо поло? данного метода г.риседе^ы по работа?* Стокса’я Виллсоьа, Тритац:*», Кртмхм. М А, и Уерреаа

По литературным дагт^и ¿идаквь! оскэвдкг типи -дгфсстсэ пжмкрясдо-лнческого корундз ври о&-учси:.:1 исйгрс.амг дчсдпхншониые п кг!.зисионнс<о типа я ■ ¡к •скопя«!.’*'-" .различной гсмтеосг»!, пригодвдие к позадешио микро^ологтгй. Паи это:.-; '.ч,.?ггуха.'.:.с триста лди'^слой ретлепл корунда бЬлгллипсгзо авторов связывает с наличие* точечных дефекте';;, стьодя вгхгшсиздним петлям роль стпшз.

Вопроси олгингг: раднзытнных лефе.ч’ТО'; е>бетуят}р;..' прочностные хгрзхте-рнстики в физические свойства ¡,сраш:чесхкч доалехтрнм» представлены по работам Лифиншз И.М.. Скриглшко'-а Ю.С.. Костюкова Н.С., Антеноеон Н.П. и Мумином М.И. Проанализированы работы, .описывающие пилшюрфные прегргдюжя в корунд? под действием облучения. О работах АшоногоН Ш1, Дубинина Г.В привгдены экспериментальные лаяние не электрической и механической прочности высоглиноземистон керамики, облученной до фленсав 2.3 -г 4.6■ ^‘нгтро к/саГ. При таких фдюенозх пронсхо-дит резкое уменьшение прочности ыикроаигя (70% предельная прочность па изгиб, 64%

- элсктрнчесь-зя прочность) н ГБ - 7(52% - мечдинчеси, 58% - электрическая). Б »¡уллито

- корундовой кера.чихе УФ - 45 резкого ухудшения ирочкостных характеристик г<£сле ейдучеиия не наблюя-зеттс-л. В представленных расогах из ссноге распределения Вейбулла описызаггся поБеаекиг матергила УФ - 46. Резкое изменение свойств микролита и ГБ - 7 не нашло удовлетворительного объяснения, что доставило перед нз«к задачу субструк-турных исследований :гт;г.с мзтгер!¡алоз после облучен!» до больших флюенаш.

В работе?; Костюкова Н С, Асгапозон ЕС, Взнннон Е.А. приведены данные ре;гг-генофазэгоп» к ИК-спектрсскопнчеекого анздяза керамик МК, УО-45, ГБ-7, 22ХС до н посте облучения быстрыми кеГпроиами флюенсом до 3.7 -¡О'1 см"г. Отпечено увеличение концентртип анортита в УФ - 46 п появление его в Г5 - 7. Описал переход а-А.ЬО.1 е у-моднфикащио р михролиге с соответсгву>ошей перестройкой гексагональной структуры в кубическую. .Отмеченоувеличение’мгалзосхоешьп расстояний .в сохранение <х-А!гОэ а остальных керамических материалах при той же дозе оолучешя, что авторы объясняют противодействием егтеклефази. Наблюдаемое уменьшение относительной

б

О о й

Í 3

: s

2 ;;

SI

¿ : и І

Г; }

Ь.

13

іП П

Й р

ї \

■tí п

• *л ;

І 1

-4 У

5 ■?

З Н

"г

•'

? Н

Ь -і

Ь à

й ь

? Є

ІІ

і í

і /І І з

« 5

•5

І

,.и

н

::

LÍ

-і Ü » V!

ä У і? І?

з i-i

■:< о

ТЕ f.;

« ті

:.: і-

і; з

¡II

- з

^ Ü £ î І] ; у 11

І і .і u

fi "

? і

* 1

11

І я

% á S Я

І] І

« s

X'-

I .I

3 "

ü. I

I

У

is

a :]

■a ¡-.

И ~

“ 'Л

г V

H ri

” 4

fi '$

и

'Л

b

ÍÍ “

л ^

•> о

31

ii ï

I

«■'•"I'

Is

-Km h t.v к&ззы- .rj2.us;:.íl ssíS)i¡*«i хтшодапі.; i:»

ленне нсгигасй формы рентгеновского профиля лшшй яифракпмрамм облученной ;; с цсяыо лрсц-'оиэдазпз спрсд 1л;л й^личнлц фи.:.:VCC..G'C ушнрення и параметров кристаллической реюстки основных кристадлсфаз керамических материалов.

Погрешность йсослшоаленил, определяемая км среднеквадратичное отклоните решения от истинного профиля, не прашшаяа 7%; Для восстановления СИУ сьсмка выполнена методом последовательного сканирогааия каждого профиля, при этом оптимальная длина шага устакзалсна ка* 5% от полуширины линии на половине ьакси-мальной интенсивности. Уменьшение погрешности при оценке фона удалось достичь благодаря двукратному увеличению времени счета в хвостовых учгешх профиля и отделению фовоюго урогня по методу “хвостовых квадратов" Ланди и Икса. Для уиепыле-«ля систематических погрешностей, свяннных с анизотропией деформации к кажущимся размером йтсков, получении« 'для формы линии параметры. использовались в сочетании с данными по емгщекига максимума. Анализ результатов обработки большого числа линий показал что форма физического профиля линии полностью восстанавливается при следующих характеристиках рснтгсносьсмхи; интегральная интенсивность линии образца, эталона ...2Ч05, полуширина линии образца, эталона ...20 Дв, ...10 Л0 при отношении интенсивности линии к фоку не менее 5.

Для определения параметров еубяруктуры (размеров блоков и микродеформашш) применялись рентгеновские методы аппроксимации и гармонического анализа с использованием функции выравнивания.'№ определение модулей Юнга различных кристаллографических направлений до, после облучения и в процессе лослерадиацнонного отжига выделены кристаллографические направления с одинаковыми упругими своЛства-мн. точность вычислений увеличена при помощи включения в обработку дополнительных дифракционных профилей. В общем случае уширсние рентгеновских линии обусловлено “фюическимн* причинами (конечным ралмерем кристаллитов и микродгфор-мацией) и инструментальными Распределение интенсивности линии в зависимости от дифракционного вектора h{0) связано с истинным распределением интенсивности f(q>)

• . * • _ соотношением. . :

jj!(O-<p)J(<p)d<p = h{0) (V

где х(0) - аппаратурная функция, определяемая обычна распределением интенсивности

в линин эталона. .

В методе аппроксимации использованы я качестве аппроксимирующих функции Коши I, И, Гаусса и проведена оптимизация результатов по четырем параметрам.

<?

і¡клзкосгн,"І г-.'іцх *лй V! >і ї; э-,!ерг:п Ь,.с . л.

О Сіцкл. тігіЛ'с:. ~ г:- ллл tcrr.i or ; сґ ілґ> ’і^їілл -н'-рикн /V ллллл по

і:! —і - — cri h 's ; ö(-’>). = — оі/ ' í'-'.1

U’J. ,h A

с vs-ст?.:! rc.:o.T..'.’orrv:r-, ~ps;; on ллулл. Для рллл pea оин-лл ги'ллллтилю

íOK: ) л’-л.л-л'сл" rr'/.V ?і: і.-д .

"Л ;

РХ- ЛйМ

t.j -1;7,...,л- •;гот,.-:::л?н'о-: Л-pw.:-.-'~л?.Т' 'ЛЛЛ::-.> ? -.л,:лл ,л,.-. : * то

р“\". - л'ллл. ' .

. ».. ‘.т_ .■"•=.'■•• ; - Г' *’ -г; '"У Л

\\ .т. и. : г : с: -Л гл’-лтглл";;Л лгл-: :• ■: . ::: л ^ : л. л .лллл;.:и ІЇ.Vі'--“,

'X^í'o sj лсл: -■ .-гг:-:; ’ фулл;г- Л. -Л,,- -- ’ 1 ; ' 'X , ., ■

il:;:, л: л - - -.■л-гею nevero : ■<•; ?• л:т■; ' :лл

■ 'л улл: ?yj.?. ллл ллл-'л7" . і" г:-" ? р-:л-л:л. л :л;.. р..: л*л: ,.л ■ лл-е-л; :.

/.IV.-...Г;i’-v-î :лл ?ллл.;ллл л , лл ;.;гл: .--л'гл-л :'•■•./у.л:'. :лл* -лліглл.-:. лл* :v-4v . - :;.:л. in-

лол Холл:; уул-ал:": .7}уэ д/:-; ст:л:л;-л; : ;; л.-:~ ггг*:п??г.-'У, -'s л-лзлллкл «-

v¡o:.a:;?.u4 : тс ' Сх? i v лл-- кл^го "л^лгл:;,... ; v? ü.v'Tv ' . ?л. •

Лі?тгч »л Л\' t V і;. ''’■"¿•Г.;-.'!: ;т> Уч-ЛГ.*?, <Л/Л лр, ^ у. »: :о? ' С Л ’Т V

or;:ї:? :;>:гц:*сй рлС" .’"тсл ¿Ісгіс!л;- :'г:;.лсл г:::'лц г ысг.:-о л; ссЗя^^л^2л' ^\тл ^ {-г: о Pjît?уплл-ліис'г rp-i»v':x¡: ?л?лго':-;::/ісмн. .Ят;: лл/г.-.ел:л.:,, ^о-:0:’:лллсрч^л

Фугіл: ?'CTrj.!',k-.o лроіллі- лей":с/ог.счол ліг::;и Gr--: ” гюг* ;л і ¿л1 ' .лл...с?'лі:?

лль; ггл'-;лО; :г ■ . ' •

З

где -1...3 - коэффициент Фурье первого, етсрого и третьего порядка отра-лс-

ния соответственно. Здесь учтено, что //-V //; /Д-УI,1 (?--'Н!+Кгае Д А', Л - индексы Мидлера). Функция сыргани&ытя шшимшнруется варьированием параметрсз в пределах ±Л4„ Размеры ОКР определены из зависимости Л* = /(£.).

Оегигчика макроискаженнй решети* была определена по следующим формулам

■'* 17 Л-У

/ , У 21п ,-1,(3) - С1п (!) - 3 !пЛ, (2)

»'"/ и~-’

Наг*

Интегральное уипгратс, епредслгннсс методом тряонпчесхаго анализа

/> =----—, и диспепсии ог7У в даииоад случае савка- о(В) = -^-

*+~£Л„-'Л . 2Д.1,

Исследование дефлтов субсгруктурм ссд>ченной лерампки провезено методом ДРРЛ. Согласно киксматачслз."! теории раесе.и.чя наличие в кристалле дефектов "*упоповского" -¡лпа оеда&югт протечные бржговекке отражения /« и вызывает появление диффузного рассеяния/г.

/ = /' + /': ' {¿)* ^ где ¡¡--:7.1-2л К„. причем К, соответствует средней перподичегкой решетке; ¿V/ -

• .фактор псхзженностн; / - средняя структурная амаипуда, так- как ячейки искажены. Седи <хшагае«с« дефектами нсх&хем:х велики, что соответствует фактору искажскно-етн 2'-! /. то интекснзность правапьнък брэггоЕс^;;.'; отражений экспоненциально

уменьшается. При этом из ренттеьеграмме ваигзя брэгговского максимума появляется мзхенмум диффузного рассеяния, имекжшй .шлоквлообразный аил. Период решетки при этом определяется по колол&пао брэгговского максимума. Экспериментально определить фактор ослабления 2М и, соответственно, характеристики искаженной решетки и концентрацию точечных дефектов достаточно надежно можно лишь в случае, когда

2М*1, и нл рентгенограмме одновременно присутствуют обз максимума. В этом случае сумма интенсивностей брэгговской и диффузной компонентов равна интенсивности нс-обяученного образца, топи. 2Л/’Л» [l+(Ii>‘hU- Завнсамости величиям 2М от концентрации дефектов н упругих свойстз решетки ютестны дг.ч увердих растворов, они могут Сыть применены и для внедрений собственных атомов в результате облучения.

Усредняя распргделекие l(q) по ориентациям, кристалла, ыожю и .¡Яти, что распределение интенсивности ггссеяниз кг дебзегргмме h в центральной части приближенна явллстсл гауссэпс" 1м. Интегральная ’лирина ргспрсгглсиия в угловьж единицах равна

2S0=-Jç(z)6^ü^(s9. - (8)

Произведен?» jîiRû оггрглг^ягт плотность д^слскгши. Функции (^определяется в рамках теорем упругости: если единица длины липни дислокации харгктеризуется упругой зперп.еп £у то г^г-’и.рост укрутой эяерлти едшгицы объема кристалла рззен сумме ь* всех дислокация (при хестичза.ом распределении) и тогда .

2âû=^ô,J^b.JitJ^¡g) . • (9)

где Е - модуль Юкга, Ь - зекгер £:оргерса.

Еще одним чувствительном пгр.\чпром тлела и качества ралнэдюнн'.сг дефектов является период кг-нсталлгггоской ргиетки. Вследствие релакгадаи в реягегк? г-жруг ге-ф»тоз происходи как дэполкнге.тькое игмененне обьекз кряегагла fe«'.ao изменений, вносимых уршгкншем иди уменьшением чнзла глемяпараых ячеек), ке и гтаданг-ние периода >71;сГйЛ.":1ч;екой решетки, поэтому' параметры ячейки были огфе;;сг.ег::д по ПОЛОЖИМ брЗП’ОЕСТОГО 1'гКСНГ1Г/М.'Л.

Кдчянсе зрегтр^нстееякы* дефектов m ав«.*-т^о$/вя';г;-кв я ;з-v.ostjjirasKnc «эЗгтеа 5:атсриз-”с'1 оценивалось иг основе модели дщдгхтеш;? с локально неегомаен-сирс! (Л! :) дефгктзмн пэ работам Лифашся И.М, Скрнп’игсяз Ю.С. йсярг>5ед

p:iir,::5jT?.HK3H МОДС-Ц. IiO'iDOJiSiT nnOES-rni несбгидг’г'ые ОЦСНКИ. Згг>йС'!И-'-ОСГП> MBCÏ-т:1ггес;:нх: свонстя от размеров зерна и 1-.т:ронгпря5хе’::;3 по 6: ;i v'.vmm,

предложенным в работа* Колба р. Л., Трссвягеког» С.Г.

В тв«т«.-?й гляз? наложены и о'Зг^-дгютсл результаты экспериментог. В изтеие-НПИ формы Д1:фрЗК:л!ОНЬ'Ь!Х ЛПНИП ЬиССГОГЛИНОЗемНСТОЙ КСрй’'ШКИ после обдучепмя CU-ли выделены сведущие закономерности (рис.!):

н

♦ »2 seo* лш"г;:.л\ ееспчччcv:ur¡K к’рист.Гі.гіогр^фІІЧЧ'с‘',і'л ks^.->v"sí.í:?:.\¿- с углом í.v-

клонъ уоригли к сс.ч с, большем' 20е, iî30jï;om.2;ot«l.i ишіюкае янфОул-лььг м^^::;мумь( со

стороны уг^оъ, срзп*Оі:;гпх; ' .

* ї;і-пч’-ісіїсносі'ь Дїї^.'фул’мііА ї.^кс>-:-'v’.^oíí Р.'.игчн^ а ;.ч:3.'ьгх ?rf':‘.'\-a.\ к'/рл.^лкп •: .-¿г;;:-:с;г-с* 'лгакспя:г:>ьисП для ^рамн^и ¿X - 7; ■ ' . ..

> . пятсітс--иіггйсті» д>;ффузл?го к;**а изксимгг.ьиа для н;:.тр^п.іст*л'(0ї і 1'),

Рис 1 Се?ма дифрскхисм^ья /?¿v-»*¿*v л-^Dj /¿' o Ktpovaxe бо и по-

С;:о oôrry^ü-H'JTî ■

* kv.:av;>îk^ ГБ - 7 ;с компоненты под.:л*?оіс^' как со crc;-a¡^j Ьодипгх у'-

.К;и. ('ilК П С'.:- СТОрОг:Ьі МСИЬіШИ yiPö'j ОГ 0рЭГГОГС:'Ил. ИїГГЄНСК^іОСТЬ П Ç2Cnô.u'î^i [ïïfc

послс:;;;^ í»o ярі:С7і::.“іОї”рсф»ічеСі;нлї ri^írp‘^летлпчд-тгс-ї от sj-'-mí.'Cíícíí.-^ía.

•» i. mük^o.uílc ^i:.í p:;K;¿;:oii'::brc ліі!;ПП о:- А!;0; у;од;іос; kv. по:тї,:.-;огс;ї ли:.л;і

у- .-Viji): :•; ;с.;ы:С уиггл-^ь^тся содсуул!¿;;c ¿;:niíue.^r,

Г2ХС

1П

2i?,cpzö

о '* К'С;;;.г.!;;’:с^':Ол' м^терт:.";'? Г;> - .' ппгсггс^нгхль м:>ксп>¡лмо;*чхрунда умчньгло^гся га 27- 35%, у2ся:!«;к£:>:ггся аморфное I ' о, иг,?. 'сше-;-ся ди ооду1гм;1я?

*> 3 УФ-—"3 уме!!Ьи--'К^О И' /ГСИСНВГ’ОСПП Гр'Г?{ЛЫ-Г\.; ГЛ'рГ:"л’С'*?,,!?! .'ССТГГГ.еТ 10-15%,

* п 22‘*’С уу:/пиуе:;л? ^нтс;:с:‘:ч:остп !<е пг^-зыи’-г.-гг Юг« *? <ггр~:?су:~~с1сь уг^'-

П'1-;;:;-:1,С?-С Г'.ГГ^НС^ПНОСТД ?-Т1КС- «?Гу^(Ог.

Ьгр^гггри .7;.’смснг;:рпсл к<„ уу'.'Л! ог^-дедекы г,о положению ^ргго: л:->

ГО ММ’-У.'^гуУ:?. лее;*.? с-\п-"-'Сот:;;? дя7.1;>7:--:,!:7?.-1:)пт крг>;Ь:;;/.7 Уколом зо*'-СТГ.«:ог:г-‘/::г,1

О ИУ. Пл Гр: р (р»?с.2) г^ту;;ь7;пи .для кгр;:\л<чгс:-:огс д'тгоркдлд 22ХС. /1ля

:р;.::н?я:^ чрг^деиы яитерг/^’лге дапг^е, ло~уг,:ттн‘:^ ^гто-ом ц?:-"Гре:;Д:л.. Знг ;ше;ч,;:с>^ ^о^нга.е, н^сд^д^^се длл сллькопс:-:а:к*2як?:х о5п;\'цоз, обт.лсляетчд тем, что при :зе ^-г^'О'см ::С:гтро:гдг; усрсд>[л:сгсл к:1 только пар;;.*.дтр:л? но и ддддДЛ':.-; р дчсткп ;:с;::;дус.’.’,до;-к Ппс^доикое исслслопанис псшол::ла обьястггь к> ол:ол-4-:м!.:Л ’^¡нимум з те'плрптур^“: ~*г:;!.л;л:л~гя\. гг-рзмзтров кс-рдмпч?скн::

.':с»п прт! 400- г:СЮаС. При дгдд тсмлсупу'ртл лнсло^дд^о^м^е петли раз-бнг^гптсд до р;имс

*ЛТ„«

Я

и \

■■я ;■) Г; Г; X)

¥-

Ч

.. .. ■- ¡О ¿"0 -л,- Д-З ?-*..■(

глг;:? ■! ;сг/с;-,‘';••? р'л.'огг'гд дгрул Ь ;>;д п~Ь*см 'рО'ЬиУ?- гддд^::-г;-;р ¿\ ;-;з - с), лхо^ллуло1 сс~лпд уора^и::а 27ХС, яосле облу’-.с-нху и о пу'цессо

п:.-:-::--;:с.'г-:: та. ГгЛ-шя - пгрсж-спрь; пс~у-:-'-■! гстс^су ц:;*-:-

• {;^:гг.-:‘р.2:г,ур;-ы-? ;.. ¿ги-'ь:?), ау^-.уа - по г:с;х’ч\гигг3 брсг^с^ско'о Гг:^:-:сич.^о

ллч>д;с,>.

. длдл;д.-; дсд.;:Л д.д.ру-' г,, г ллб^р^ые ллкл :г положение пс.-гтроидд г;р;.5л;п::::ется к •ч:л зд-.гни-о ¿'у:гг-:: : о мдлспму:-.*;».

Анализ диффузного рассеяния в керамике ГЕ - 7 позволяет предположить частичную аморфизащпо корунда 0 этом материте, что соответствует литературным данным. Однако результаты элестронномикроскопическсго анализа ке дают прямых доказательств такого предположения. Более строго следует говорить о частичном переходе корунда в рентгеноаиорфное состояние. Определение параметров субегруктуры показывает, что облучение вызывает не только аморфизацшо корунда, но в разбиение кристзд-

■ о ' о

лито а а - АЗгОз т блоки мозаики размером 200 - 700 А. Часть блоков, меньшая 300 А

не дает рефлексов на рентгенограмме, чем и объясняется уменьшение интенсивности . пиков корунда. В результате качественного анализа диффузного рассеяния выявлено по-язлекне петель кежузельного типа б керамике ГБ-7. Дефекты такого типа увеличивают упругую энергию крисгалла, что вызывает появление значительных микрокапряжений на границах блоков, приводящих к их разрушению. Выводы подтверждаются тем, что микронглряжекия, рассчитанные из физического ущирения рентгеновской линии, максимальны в ГБ-7 и увеличиваются ка начальных стадиях отжига (рис.З).

Рис.З Ммансния параметров субструктуры основной кристеллофазы керамических материалов поа:в облучения и последующею отжига. О - размер бпокоз, А/З/й - тж~ редгфорк ацуя .

Этот процесс характерен только для иа:грпала ГБ-7, там же наиболее сильно ньгралема у.огаиниосгъ в результате облучения и наблюдается наибольшие концентрации мглузе/иных дислокационных петель.

Очевидно, эти особенности объясняютсл фа».=ю-»ш.чсралоп(чес:лм составом керамита ГБ-7. наличие бора с аномально больший сечением амммодейетвнж с нейтронами ь стсьлафазс обосгнчиаагт прпс-тстане продуктов распада >> кергмлхе и создает уело-

л

пня для возникновения петель ме;кузельяого типа. Расчет: показал, *гго воз.'шхковешге дислокационных петель обеспечивает имеющиеся изменения параметров решетки (з пределах указанной точности) только для материала ГБ - 7 (см. таблицу)

Таблица

Характеристики дислокационные петель в корунде рззных марок керамики поело облучения быстрыми нейтронами флюенсом 3.7 • 10?1 нейтрон/сг/

дисл(1Хг.циочт:е я вяли из вакансий <?дс; охациояп ые пе:пяи ¡11 мезхйоуз-лий расчетное изменение Ап/я,!?1 эхсясрпмеп ки ¿а/а, IV'3

Я, км ¡V, Л^3 си /?, «.« Л'. Í6>/Íc'(■ 3

22ХС 3.2 2.8 5.2 0.01 1.02 1.<0± 0.16

УФ - 46 2.0 б.^ 4.0 0.07 1.60 2.03 ±0.25

ГБ-7 0 3 7.2 4.3 042 1.38 1.57 ±0.10

Следует предположить, ’¿то п гсерампке УФ * -’б и 22ХС имеется значительное число точечные саханскй и их \:гльгх скоплелий, которые не сносят значительного вклада а диффузное рассеяние, ко вдилют на рензетки. Чтоб:.г обеспечить паблтодаемое

увеличение периода кристаллической реяютя для к^рзмшш 22ХС необходимо иметь ког.и?нтргд;5го мелких макаке ионных ско пленил порядка 10"' см"\ О л это р ослабления М ллч такого кисла мелких петель (?•/' 15} р^вен 0.02. Обнаружение такого диффузного ?!Г:ХСН'г*.^::: /ТГ.г’ГГ 'Л Г-реДСЛ—ЛП 4} £ СIп.У, 1 с.".ьПОСТЛ ДЗНИОЙ МЕТОДИКИ.

Анпопгчиыи растет был прозеден дл'т ггарз метра с и позволил объяснить уменьшение гггого параметра дяя облученного корунда в удьтраферфоре. В этом материал? при облучении р1?р?.сга:отся крупные дислокационные петли и еаканспонные пори, которые положительного ькдада в увеличение объема не дэхги поскольку’ релаксация ооъема около НИХ ОТрИЦ2ТеЛ1':Д. С^ЛТНС К:с СТ£КЛ0ф23Ы СОЗДДСТ МОллНПЧССКНе НапрГЛлОНИ^ КЗ Г'рЗ-шкт газ (бЛа^\,04* Ю'), что а присолит к уменьшению параметра с, спредгдеипому

меголох* центроида.

Проведенный анализ радиационных повреждений субструктурн (на рис 4 приведены результаты для керамики ГЪ - 7) позволил провести качественные оценки изменения сеоПств керамик/? и зависимости ст логре:кдекий с>т5структурьт у.х оскозе модели диэлектрика с локально-нескомпепсирозаниь'ми (ЛИ) дефектами. Согласно теории о

вд'гїлч-ш.' Лїі':'-ф.-:лГ/^ і;;і гтсмо.: г иоілі^л c\.:j:ùz;~u/і-т

заьііспмостії э д е .сіро і ш к • :сi.ü;c л прс-?:;0ст^ых хйрахтег-їісхн*: мгл'ср.-ід^а or стру;-:гур.:оі'о

І

фактор:» р: /?:

-і)

глг Er - у*:;і.ітч^н:кія 'иерлг. a£Tí;¿u'j,;:iL <ч

определялся параметрами і:р.!-^:ггаіїЛ-і, Aj - мнцг?пр5д;:я Лїз-лсфс'.:лоз. Прї:;:іо;ая l качестьс исходных пзрамтгроз коиценгрзцгл:; дпсдскацп.опиил їул’сль и характеристики су&^тру'.^'ри. мы получаем улч2стисіїіГ/їо o¡ÁZi:;:y сг.оЛсіт мзтерзала п^сло е-блуч£;п^ л г;

ПрСЦССС-е - ПОСЛер’ІіЛ”.'^ ü-iv^Korç откпга.

Fuo< іїї:. -'Ч£;-ш,;-'СС-с;х na^ar-^rr^e и do&¿>’¡ro<¿ суСсПіруктусл ;:opy¡-iú « gchoc-íí'ü кроогіїог.лїфіі2і; ' кгp-’-r.vj^za.ozo маті-р‘^г,2 Г5 - ? поемо cSnyciuSp; и лссла'їуіси&ю :/.7,’,<чЧЛ: '« ..ii/c?, Jo'? - с.^«£су/?:£г7;-/,•£■/<? ¡m.к^-?нин псрїмотрос хриа.'тлл^чеыой pcu:orr¡i\-j, D - pJíMOp .€>¡<P, M'd - кикронапряхеньг- \\, - кенцйшрецич Сислокзционьъас г&п&ль zszíiHCüCKsiQic типа, f.'i - копцс-чтряцип дислс:хцисааих пстоль из мс-хосузпий.

. • - ‘ Сазоылй мореход ;_• мя?;ро-чиге был кссл^юизн p¿:m сноі раф^ч^екпи и Г’К-

с п е кт. " о с к‘ о п : г : е с к ; і .\ • методом. í Í ~с п сісгр с>охо гї ; ;v» сскггі г амхглз не 'горько тю^тпсрд.іл <х - у период с'-:сила есгомшг.ч,* s Мк >юл .ленстыц;,ч облучена;:, {io и показ;'_т. "Кірождеипс у -4'азы'ü і X * 7. .В кергмл’ісскчл v. ¿т триала»: VO -40 si 22 X С подобных измгг.\:шг.г: пал . д-елсті-^сл; о илу‘■книг, і*с обип-ружеи..;.

• С&р&па í i ¿cr í .ом ;: ф и ’ ■ :лс к a;¡ сметсшчсслЛ« фаза y-A¡'0¡ £:?.ícct структуру штіинсли. :ч^рактср’.-з>іоідук>-:г': дсфектъОчЛъю ь і атпо-іиь;;’: пашнях Фарщлу сс с уіе'юм катло:-іЦоГі'л.Ц^кпіС'іггіі следует «релегаалл*;ь у?л '^'A.Ut-Ot Так^ч структур?. опреаглг.стся ' теч '♦то./*%-ьзл.окендй ¿дюжини/. яілллсіся '■ г-рли;г р2сгиоро;.і зй«си»гміііЯ. Пр.і оорг-^а-

вании твердого раствора AhOj я шпинели MgÂhOl тагионнсе замещение происходит по схеме:

SM^* 2Aï'~ ■*• С>:г

где Сщ - гакнтямй' узел, ггринадлежсщий катиону магния. В термических пиках облучения всегда происходит чагтичнм авдофкзгция корунда. Видимо, именно этот процесс сопровождается образозац!р-:-м у- фазы в материалах, уже имеющих вследствие облучения сильную катионную деф есткость. В УФ - 46 и 22ХС протигодгПстг'лс стекЛофа-зы уменьшает радиационное распните и аморфизацию корунда - в этот материалах не происходит ооразовзннг у- фюы зооСще или она образуется в иерегистрируемом данными методами количеств. В ГБ - 7 наличие стеклсфазы не превышает 9% и количество образованной у ■ фазы соответствует расчетной аморфизации корунда (3% у-А1±Оз а 7-¡0% гморфщованнаго корунда). Таким с-брачом, мы предполагаем, что облучение корунда быстрыми нейтронами больших флкзенссв вызывает появление зародышей у- Ah

Oi. Характер фззозых переходов Î1 рода существенно зависит от типа дефектов и их подвижности. Достаточно мощные ограниченные дефекты приводят к возникновению локально упорядоченных областей размерами порядка рад.чуса коррелят флуктуаций г«. Возникновение этих областей происходит в таких случаях значительно выше точки фазового перехода в идеальном кристалле. Если нещгегльность кристалла вызывается большими дислокационными петлями радиусом R, то оказывается возможным ввести локальные температуры перехода Tp(R) с характерным случайным разбросом STo=TSto. Тогда образование зародышей у - фазы оказывается локализованным в термических .пиках облучения к количество их не достигает регистрируемой обычкшзд методами величины. Магнезиальная шпинель в микролите, вводимая для сдерживания роста зерен- а

- Al/)г при спекании, обволакивает зерна корунда очень тонкими прослойками (-0.5 -ImkmI. Появление зародышей у- модификации внутри зерен корунда, окруженных шпи- ; келью, приводит е образованию твердого раствора замещения и полному переходу окси- . да алюминия в микролите в у- фазу. . ’ .

Анализ радиационной стойкости керамических материалов, проведенный по структурным факторам облученных керамик (учитывающим разбиение зерна, еэзнихло- -шне микронапряжения и дефектность структуры) показал удовлетворительнее согласие с экспериментальными данными для керамических диэлектриков (литературные данные по свойствам вмсоглинозеипстой керамики, облученной до фленсов 2.8 +

4 б-1031нейтрон/см‘) УФ - 46 и ZZXC. Резкое ухудшение гтрочясстиых характеристик

облученных до этгд флюгксоз к«гра>и*че^кил м'лсрпалог> Mí С и ГТ> - 7 абьъсижсл по-диморфным тгр&зрп1Ц.&кй£М cchochcv. кристгл^офа^й, локал^зсг.г.:й1ь»л в местах скопления длслокациоn.iúK петель в ГБ - 7 я - полным в ш;крол*гте вследствие присутствия магнезиальной шпинели в э?ом материале. .

•Выводы; ’ .

1.Разработана методика топкой расшифровки рентгенограмм керамики: Установлена, что дифрахцнокниГ; профиль сског-к-дй крксталлофази всех исследуешь марок керамики ПОСЛС сблучснил и В flpouccce ÍTOСЛСРЗД í ia Ц ПСНFOГО отжита ДОСТАТОЧНО гочио СПИДЫ-вгигтея фушздией Лауэ вплоть до 600°С, псслс 600СС - фуггкхи'ггй Коши. По1С23<шо, что исполизоэднне четырех шггерфер5»щко!*лыл мл:..спл.7?г,аБ с одиьах-пг;.;;>:.н упругими по* С7ГлН>1Ы:Л» позволяет ОГфЗДСДИТЪ Ги5рл!»:ггры сублр^глурм с гочносгпло, CpSSUttMOH с точностью ГАФРЛ, но по 5o;;Cv удобкоГ: «столице г^пролсимацни.

2.Вдавлено, что обдуч*:ни$ быстрыми iizih-poii¿^u фг..офисом ?,7^1021 сц2 с^з^гаяет раз-

0не«»ке блоков- кору i та в керамических диэлз-гтрикал в разной степей: от 2.2CQ А п 22ХС

о ... • . '

до 700 Л е П>-7. .

¿.Определено, "пс облучение быстрым; веЛтроиамн фиоеггсом 3.7*10г1 см'3 приводит к увеличению ми>ра:йнрв>::еш:8 II рода, еозинодошнх кг границах раздела фаз н блоков в облученной керамике (so 1,12*ЧСГ' (ГТ.-7), 0,7 »10'3(22XC); 1.С4 *10J (УФ-45)).

4.Уааисшгно, что авалю дц.{4узиог<1 рьсееяцгл ректгенмскнх лучей из нгсоьерц;ек-ensax припаяло» ¡шест яачтеяшхн зхшш в уточнение нарамяроп элементарной хчгГмси и характеристик радиашпишого раепухагшя криетэллофгз керамических «терна-лзй. Tas. параметр с! оОлучашсГ, керамнчи ¡"5-7, определенный с учетом диффузного рассеяния, отличается от литых метола це.пропда ка 0.13% - величину порядка рз.дка-шюшшга распухания адсмьэтоКоси. .

'5Пок»гио, что облучение низцнжяг сбргпоьпннс крупных д;;сло:.ацио!шых петель га-Ka«ciion¡;oro чипа ь сстеаьои крназллоф ;зе ессх исследуем;,:* марок керамик:!, орсск-ткроьаниих е юпраалекпа оси "с”. Определены размеры pcü.ycoa R„ и концеи.р-цнп К, лкх r.errc: !■ R, * 0,8 нм,- Ы, - 7,2 • 10“см" (ГБ-7); » 2,0 им. N» * 6,4 • 10” см1 {№-

-16), R. = 3,: нм. N, - 2,8■ 10’*ем’ (Й2ХС).

6 00л>'и:м;;е ’грньод.'Л v. о^рлло.'.*лня:л ЗПаЧ;нел>>но(о килпнсства пс;^:;ь as iCi i-'Cí’f к с Г ь-7. - 4,3 ¡iH,N„ - 0,-í'J: • 10”oí'yoatma.ieno, что к.-рнду с крупными дяс-

дс^илст-нь:-п; п:т.“"'.^ч г, У О - <5 и 22ХС лмлогсл точечный -

Глп'лгтелы-ос чпс.то г!-;"’-1.с.!.ч (10“см’'}, вллпх'.!л;'л: *ич н?мл:!С:нпС п?.*:смзтр^з *г-;<»Пк11.

7.На 0С7'0”?л:ь'н аидгппз т^'Л'ои структуры с учетом ^¿’ффузчого расс^г-шя ог/редслеи ?-:гхашсм лсслералгацпс.чного аглс.лгс: г-) на ггг.ряоч эгзп; (до 5С0ЭС> ос7.гс:и гро-

Ц-Г-Х'ь:и ;ЛЛТ?ЮТС:7. разОь^н:^ Кр'/Лп’-ЛХ СлОЛЛ-ЛЛГЛ, лсг.ждсние междоузлий Б пору н ДПЛ-

>::еа1г ? :;»1СЛСГ?.1;мД сл~сэ яячгао:7?'*,:; г.- структурные хг.р^^терн^шк“ б) и\ г-торам элгле (^лллге до 500°С) п;?счс\сп»!г стл;лг точ®чньг: дефекте:* и ссног-лоз ■иосегпгозлс.-п.с стру'лур'л.

С. г-.-у-’.ерсхо;; АгОз при ооду'сллп ггй?оЛи создп:;;:^м локали;ьгх о пласте л с тсмпсс.:ту-рон не ниже т.^млерлтур*-: рг^'огл в местах скопления дг.слскзиног'.мых ле;ель.

Э.Оол^'чсгше вьтлгдег члетнтныл переход ксрукда в рлгггепааморфнзе состояние с ГБ-7

(р';п;ер 6-7Слоп 'ТОО -100 А) с ?дног,:;г!чет'г.;м дл-ллл’длдм зсро^ьнлел у - флгл.

10 Анализ физических сзоддгл матсрнзлог, облучены* бчсггчж лсм-

•{рон^’-и ло алюглса 3.7* Vу’ л дЧгролдмд гролгддллыл г.о сгрудтуркдм ф-^ггсрам облучении.': керамик (уч’пч’^долглм рпдлн^нле зерна, возникающие микронглряженил л дефектноегь структуры] пслглад высокую рдллсзш-онп'уо стойкость герсмпчгсгпх. материалов 22ХС и УФ - *4?-, беле;- низкую - ГБ - 7, наименьшую МК (гигрол^гг). . Оснсзнос содсрхлн.не днгсертдшго^но/х работы нтделгено в следующих публикациях: .

}. Астзхояз Г. С., Лхзче/тхо К. Б. Глр^О'ьлчес.ч'^н знзячз ре;гтге;гооа:ого лроф/гд? с> лученной 1--ер.;м’5:;л с исполи-ованисм Фуръе-коррскци;|//Весттпс. Амур] 11 Бя'-таве-гделск - 1907, - Серия 2. - С. 131 - 13?. ■ .

2. Астс.поса Е. С.* Нггпчепко Е. Б. Закономерности температурного измагснда упругих

сзеЛств злехгрокерз&ляхя ГБ-7 после реакторного сбяуч£кия//Радиацк!ошся физика твердого тела: Материалы VII 'пеленал, сояетц. 30 тоня - 5 июля 1997 г. - М, 1957. - С. 134 - 185. ’ '

3. Астдггоаа Е. С., Пнз«:ен\*о Е. Б., }Со7ачковч О. С. Структурное изменения яолезих

ШН2ТС5 Ъ РЫСОКиГЛИНО^ОМПСТОЙ керлм.чке при облучен!!:! быстрыми нейтронами.// Радиационная физика твердого тела:'Материалы УШ Межиад. с-овещ. 28 шогл - 5 июля 1998 г. - М., 199Я. - С. 127-130. : ' • -

4. Астапсза £. С, Пндогнко Е„ Б. Определенно мнкропапражекнЯ а размеров- крпстал-лнтоп о облученной керлмш-е/ЯТриншты и процессы создания неорганических мгтериа-

лов: Сб. труяйвиаздукгр. симп. "Первые Скмсоноьскиг чтсияа* 12-16 мах 1998 г. - Ха-бароЕСх, 199S. - С. 60.

5. Ийачгакз Е. Б., Асгеиозз I. С. Зависимость ¡гристаллофязячетак характеристик от фазоааго состава облученной ксрщ.'акя'/Физико-хкшиеоки;: проблемы созкания керамики спешильиого и. общего назначения на основе синтетических и природных ште^иа-лов: Труды Веерос. кауч.-техкич. конф. "Керам-97" 4-7 сентября 1997. - М., 1997. - С. 97.

6. Пкечюггв Ei Б* Астааов* Е. С. Использование фугашни Лауз в рентгеновском методе аппрсьсиишиа при определении шргкгтров су'&груктуры обнуленной керамшш'/ Вестимг Auypifil. Благогегаегюк - 1997. - Серия 2. - С. 74 - 78.

7.: Шдоюккй Е. Еч, Апггав* Е. С. Исследовали» мшишчсскгк гьойсть облученной нейтронами высскоглгшозсмисгой керакики//Вествнк АмГУ. Благовещенск - 1997. -Вып 1. -С.38-40.

8. Astapcvs .Е, S., Kcsijltov NJSL, Pfocfteisbe E. Ё. Damage structure; in fast neuiron irradiation iaghikifflina ceraaiics'/High Urtpemuta superconductors and novel inorganw materials. engiKCviingr Возк Of Abstracts of 5tb international Workshop MSU - HTSC V NATO ad-vcnccd res№ch workshop March 24-29,1998. - Moscow, 1998. - S-64.

9. Asiapova E. S., Kesiykov M.S., Pivchcnko E. B. The wdiostimulated racrodsformaiion ¡a

■ camk UF-46//}си>!пг! of Advanced Materials Cambridge. - 1997. -№>6. -P. 546-551.

10. Astapovs E. S., Fiyebtnkc E. B. Compensation principle of radioresistsnce ceramics combination in crystalkjphyacs aspect/Mdvanccd materials and processes: Book of Abstracts of Fourth Siijo-Russiaa Symposium October 12-15, 1997 -Beijing, China, 1997.-P.73.

It. Fivc&sc&s S. ЕЦ Ail&jrava E. S. Microdeformation in fast neutroo irradiated easier, materials UF - 46OThe 4th International Conference in Asia of International Union of Materials Kescarch SodetKf Book of Abstracts of ;he 1th IUMRS-1CA-97 September 16-18 1997. -Chiba. Jfapan, 1997, - P. 49.

12. Astapova E-.&i H»dwako t О. ТЬг radiosllmuhted microdefomvatioa in ceramic GB* 7/The 3th baereational Meeting of . Pacific Rim Ccmmc Socie^es.: Book of Abstracts. -Kyongju. Коте<ц 1993.-РЛ45

13. Лсталоах £. C„ lienasuj II. C„ Пкачеяьа E. Б. Рентгенографическое исследование радиац.-юнных марушеиий микроструктуры еыыжоглинозсмнстой керзмнкк/Атомиая мергяя • М.-(прияяток печжти.рег. .%6094 09 02.9S).

¿РУ'

■ « Л

: С.0

Пивчекко Елена Борисовна

Субструетуркые изменения высок'оглииозечкстьг; керзмическнх дюлектрикои з результате нейтронного облучеиік

Подписано к печати 109S Оормзт бумнпг 60*34/8

j fi

Бу'.пга тип Уел. псята, л. 1, Л Учт. иідзт. п. 6.0

Тираж 1») 38KÜJ.N3!« -

Гогоприігт Благовещенской типографии ’й 1, ул. Калинина, 10.

АКАДЕМИЯ ПАУК РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ АМУРСКИЙ КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Пивченко Елена Борисовна

Субструктурные изменения

высокоглиноземистых керамических диэлектриков в результате нейтронного облучения

01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков

диссертация на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Костюков Н.С.;

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Астапова Е.С.

Благовещенск -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4

ГЛАВА 1. Влияние нейтронного облучения на

керамические диэлектрики 3

1.1. Состав и текстура керамических диэлектриков.

Структура корунда. Э

1.1.1 Состав и текстура керамических диэлектриков. 9

1.1.2 Структура оксида алюминия. 12 1.2 Радиационные эффекты в чистых окислах и в керамике. 14

1.2.1. Дефекты структуры в керамических диэлектриках

и воздействие на них облучения быстрыми частицами. 14

1.2.2 Воздействие нейтронного облучения на чистые

оксиды и кристаллофазы высокоглиноземистой керамики. 18

1.3. Исследование радиационных дефектов рентгеновским методом. Рентгенофазовый анализ высокоглиноземистой керамики. 23 1.3.1 Методы восстановления истинной формы рентгеновской линии и определения параметров субструктуры. 24

1.3.2. Возможности рентгеновского метода анализа

диффузного рассеяния в сильноискаженных материалах. 28

1.3.3 Рентгенофазовый анализ высокоглиноземистой керамики и оксида алюминия до и после облучения

быстрыми нейтронами. 33

1.4 Влияние дефектов субструктуры на электрофизические и механические свойства корунда. 35

ГЛАВА И. Методика исследования радиационных дефектов и определения параметров тонкой структуры рентгеновским методом. 43 2.1 Экспериментальная методика определения размеров блоков и микродеформаций облученной керамики. 43 2.1.1 Метод аппроксимации. 43

2.1.2. Гармонический анализ формы рентгеновской линии. 49

2.2 Микроскопический метод определения упругих

характеристик твердых тел. 53

2.3 Анализ диффузного рассеяния рентгеновских лучей на радиационных повреждениях кристаллофаз керамики. 57

2.4 Влияние дефектов субструктуры на электрофизические

и механические свойства корунда 59

ГЛАВА Ш. Исследование облученной высокоглиноземистой керамики рентгенометрическими методами. 81

3.1 Съемка образцов и определение параметров кристаллической решетки с учетом диффузного рассеяния. 81

3.1.1 Выбор режимов съемки и подготовка образцов. Восстановление истинной формы рентгеновского

профиля линий облученной электрокерамики. 61

3.1.2 Определение параметров кристаллической решетки основных кристаллофаз облученной керамики

с учетом диффузного рассеяния рентгеновских лучей. 84

3.2 Определение параметров и дефектов субструктуры

основной кристаллофазы облученной злектрокерамики. 71

3.2.1 Выбор кристаллографических направлений с

одинаковыми упругими свойствами. 71

3.2.2 Определение микронапряжений и размеров блоков. 77

3.3 Исследование диффузного рассеяния рентгеновских лучей

на радиационных дефектах основных кристаллофах керамики. 93

3.4 Влияние дефектов субструктуры на электрофизические и механические свойства корунда. 106

3.5 а - у переход А1203 под действием облучения

быстрыми нейтронами 109

Вывод ы 114

Литература 116

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Изучение субструктурных изменений керамических диэлектриков, вызванных действием быстрых нейтронов, имеет научное и практическое значение в связи с необходимостью сохранения физических свойств и прочностных характеристик керамических материалов в экстремальных условиях реакторного облучения. Физические свойства керамических диэлектриков существенно зависят от средних величин размера блоков, угла разориентировки между ними, радиационностимулиро-ванных микронапряжений. Дефекты субструктуры играют роль концентраторов напряжений, на которых из-за неравномерного распределения нагрузок на малых участках сосредотачиваются значительные напряжения. Поэтому актуальной задачей для прогнозирования радиационной стойкости керамических диэлектриков является исследование дефектов и параметров субструктуры, установление связи субструктурных характеристик со свойствами сложных многокомпонентных керамических систем.

Цель работы: исследование субструктуры основных кристаллофаз высокоглиноземистой керамики после облучения быстрыми нейтронами флюенсом 3.7* 1021 см"2 и выявление роли дефектности структуры в изменении электрических и механических свойств высокоглиноземистых диэлектриков после облучения.

В соответствии с поставленной целью решены следующие задачи:

• разработка методики тонкой расшифровки рентгенограмм керамики и выполнение съемки образцов в режимах, отвечающих выбранной методике;

• определение параметров субструктуры облученных керамических диэлектриков;

• уточнение параметров элементарной ячейки корунда с учетом влияния диффузного рассеяния рентгеновских лучей на несовершенствах кристаллов (ДРРЛ);

• определение качественных и количественных характеристик преобладающих типов

микродефектов до, после облучения и в процессе послерадиационного отжига на основе анализа ДРРЛ;

• исследование механизма восстановления структуры радиационноповрежденной керамики в процессе послерадиационного отжига;

• выявление роли дефектности субструктуры в изменении физических свойств и прочностных характеристик облученной керамики, разработка субструктурных критериев выбора компонентов для создания нового радиационностойкого керамического материала.

Объекты и методы исследования. Изучались образцы высокоглиноземистой керамики с массовой долей А120з от 76 до 99 %: ультрафарфор УФ - 46, 22ХС, ГБ-7, микролит МК до и после облучения быстрыми нейтронами флюенсом 3.7-1021 нейтрон/см2. Образцы были облучены в научно-исследовательском институте атомных реакторов (г. Димитровград) в канале ВЭК - 8 ядерного реактора БОР - 60 в течении 3,5 лет, диапазон энергий составил 0-20 Мэв с преобладанием 100 - ЗООКэВ. Температура облучения 300°С. Время выдержки образцов после облучения до начала исследований -13 лет. Использованы методы структурной рентгенографии.

Научная новизна. Выявлена возможность исследования сильноповрежден-ных керамических диэлектриков методом анализа ДРРЛ. Показана необходимость исследования параметров и дефектов субструктуры облученных быстрыми нейтронами керамических диэлектриков для установления их связи с изменением физических свойств. Экспериментально определен структурный коэффициент для керамических диэлектриков и сделана оценка влияния дефектности субструктуры на электрофизические свойства. Предложен механизм фазового перехода а - А120з в у - модификацию под действием облучения быстрыми нейтронами.

В методической части

-выведена формула для определения погрешности при расчете по трем параметрам методом аппроксимации;

-применена линейная интерполяция для оптимизации результатов при расчете по трем параметрам;

- показаны преимущества аналитического метода расчета по сравнению с методом Холла;

-применена функция Лауэ для описания кристаллофаз керамики и показана необходимость такого применения в ряде случаев;

-предложена функция выравнивания для оптимизации результатов, полученных методом Фурье - анализа рентгеновского спектра.

Положения, выносимые на защиту

• Нейтронное облучение вызывает в ГБ-7 уменьшение размеров блоков и в результате появление значительных микронапряжений, сопровождающееся возникновением крупных дислокационных петель двух типов: вакансионных и междоузельных. Большая концентрация и меньшая подвижность петель вакансионного типа по сравнению с междоузельными приводит к значительному повреждению субстуктуры.

• Параметры субструктуры корунда в керамике УФ-46 и 22ХС под действием нейтронного облучения изменяются меньше, чем в ГБ-7 и МК. Основными типами радиационных дефектов в УФ-46 и 22ХС являются дислокационные петли вакансионного типа и точечные дефекты, что определяет большую подвижность петель и быстрое восстановление структуры (уже до 400°С) в процессе отжига.

• Преобладающее радиационное анизотропное распухание корунда в керамике в направлении оси «с» определяется в значительной степени петлями междоузлий в ГБ-7 и точечными дефектами в 22ХС и УФ-46.

• Рентгенометрический полнопрофильный анализ керамических диэлектриков позволяет прогнозировать а-у переход AI2O3 под действием нейтронного облучения. Из рентгенометрического факта частичной аморфизации корунда с одновременным появлением зародышей у - фазы AI2O3 в ГЪ - 7 и сравнительного анализа субструктурных изменений микролита следует, что увеличение флюенса ( больше 3.1 • 1021 см"2) приведет к потере прочностных характеристик керамики ГЪ - 7.

Практическая ценность. Полученные результаты расширяют представления о механизмах радиационных повреждений в керамических диэлектриках под действием облучения быстрыми нейтронами и восстановления структуры в процессе по-слерадиационного отжига. Данные могут быть использованы для разработки метода прогнозирования радиационной стойкости керамических диэлектриков на основе субструктурных изменений, выявленных методами рентгеновской дифрактометрии.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на Всероссийских и международных конференциях:

• на VII и VIII межнациональных совещаниях "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 1997, 1998);

• на Всероссийской конференции "Физико-химические проблемы создания керамики специального и общего назначения на основе синтетических и природных материалов" (Сыктывкар, 1997);

• на 5— международном симпозиуме "Высокотемпературные сверхпроводники и новые неорганические материалы в технике" (Москва, 1998);

• на международном симпозиуме "Принципы и процессы создания неорганических материалов" (Первые Самсоновские чтения, Хабаровск, 1998),

• на 4— международной конференции в Азии Международного союза обществ исследования материалов (Япония, 1997);

• на IV китайско-российском симпозиуме "Перспективные материалы и процессы" (КНР, 1997);

• на 3— международной встрече Керамических обществ Тихоокеанского обрамления (Корея, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения общим объемом 127 страниц, включая 31 рисунок, 14 таблиц и списка литературы из 134 наименований.

Глава 1

Влияние нейтронного облучения на керамические диэлектрики

11 Состав и текстура керамических диэлектриков.

Структура корунда.

1.1.1 Состав и текстура керамических диэлектриков.

Керамические материалы представляют собой сложные неорганические композиции, состоящие из кристаллической, стекловидной и газовой фаз [1]. Разнообразие свойств электрокерамических материалов не позволяет произвести их классификацию по минимальному количеству общих признаков. Исследуемые керамические материалы сгруппированы по основной кристаллической фазе таким образом, чтобы можно было сделать выводы о зависимости свойств диэлектриков от дефектности структуры. Изучаемые нами высокоглиноземистые керамики с содержанием АЬОз от 76 весовых процента до 99 (МК, ГБ- 7, 22ХС, УФ - 46) относятся к классу материалов, образующихся в системе М§0 - А120з - БЮг. Кроме того, в этой группе материалов можно выделить ряд общих признаков: принадлежность к одному классу - электроизоляционные диэлектрики с е<12; все материалы обладают низкими диэлектрическими потерями, имеют малый тангенс угла диэлектрических потерь и большое удельное сопротивление. Высокоглиноземистые материалы характеризуются также значительной величиной механической и электрической прочности, устойчивостью к термоударам, низкими диэлектрическими потерями в широком интервале температур и частот [2,3].

Таблица 1.1

Химический состав исследуемых керамических материалов

Марка керамики Содержание оксидов (вес.%)

А12ОЗ БЮз Ре20з ВаО СаО М^О В203 Ыа20з К20 Сг203 1Ю2

мк 99.34 0.05 - - 0.03 0.58 - - - - - -

ГБ-7 97.09 0.95 0.08 - 0.90 - 0.92 0.09 - - - -

22ХС 95.14 2.05 0.03 0.20 - 0.20 - - - 0.48 1.96

УФ-46 76.32 15.28 0.30 3.16 1.80 1.88 - 0.42 0.70 0.15 - -

Таблица 1.2

Фазово - минералогический состав керамики

Марка керамики Кристаллические фазы Стеклофаза

мк Корунд А120з 99% Шпинель МёА1204 Алюмосиликатная 1%

ГБ - 7 Корунд А1203 91 - 92% Бороалюмосиликатная 8-9%

22ХС Корунд А1203 85% Бороалюмосиликатная 10%

УФ-46 Корунд А120з Кварц Цельзиан 70% Анортит Муллит Алюмосиликатная 30%

Образцы были изготовлены методом горячего литья под давлением на термопластичной связке. Химический состав исследованных марок керамики по оксидам приведен в таблице 1.1, фазово - минералогический состав - в таблице 1.2.

Микролит характеризуется однородной среднезернистой текстурой с равномерно распределенными мелкозернистыми агрегатами глинозема (6x15 мкм). Стеклофаза распределена равномерно в виде тонких (~1 мкм) прожилок. Керамика ГБ - 7 состоит из крупных призматических кристаллов корунда (-П5 х 70 мкм), сцементированных прожилками стекла (~2 мкм), отличается неравномернозернистой текстурой. Зерна корунда окружены слоем аморфного оксида аллюминия, появляющегося в связи применением тонкого размола при изготовлении материала. 22ХС имеет однородную текстуру, со-

стоит из призматических кристаллов корунда и тонких (~ 1 мкм) прожилок стекла. Иногда встречаются угловатые включения стекла (5 мкм). Ультрафарфор УФ - 46 представляет собой разнозернистую массу из изометричных зерен (ч- 2-6 мкм) и длиннопризма-тических кристаллов корунда (3x7 мкм), зерен анортита, кварца, цельзиана, скрепленных стеклом. В материале встречаются поры размером 12-15 мкм.

1.1.2 Структура оксида алюминия.

В качестве основных составных компонентов высокоглиноземистой керамики применяют огнеупорные глины и каолины и техническую окись алюминия (глинозем).

/у

В основе структуры а - АЬОз лежит плотнейшая гексагональная упаковка из ионов О в которой тетраэдрические пустоты свободны, а октаэдрические пустоты заняты на 2/3 ионами А13+ [4]. Возможны изоструктурные примеси Бе, Сг, V. Кроме того, в небольших количествах возможны изоморфные примеси гадолиния, титана, марганца, магния [5]. Октаэдры А10б образуют шестиугольный узор, располагаясь слоями (рис. 1.1) Слои заселенных октаэдров расположены друг над другом попарно, а третий слой сдвинут так, что под ним октаэдрические пустоты остаются незаполнеными, благодаря чему вдоль шестерной оси ПГУ в стуктуре появляется тройная винтовая ось, Повторение расположения структурных единиц вдоль оси третьего порядка происходит через период иден-0

тичности с= 12.97 А в гексагональной установке [6], определяемое шестью слоями ионов кислорода и шестью промежуточными слоями ионов алюминия. Для идеальной ПГУ отношение векторов трансляции сМ 1.63, а у кристаллов а - АЬОз оно равно 1.58 [7], расхождение объясняется электростатическим взаимодействием между катионами и анионами, что приводит к сближению слоев кислорода по сравнению с их расположением в идеальной плотнейшей упаковке. Плотноупакованные сетки чередуются по двухслойной схеме, смежные этажи стыкуются со сдвигом на один октаэдр и попарным обощением граней у половины октаэдров, благодаря чему катионы алюминия попарно

Рис. 1.1. Структура оксида алюминия. (Тройная винтовая ось из спаренных октаэдров, мотив сочетания октаэдров, октаэдрический слой в проекции на ось (0001) и ячейка корунда.

сближаются, давая островные кластеры. Стуктура приводится к тригональной сингонии =Юс, классу симметрии дитригонально - скаленоэдрическому Зш, кристаллы имеют зеркально - поворотную ось шестого порядка, равную тройной инверсионной оси 3, три оси второго порядка 2,2 три плоскости симметрии т, центр симметрии 1 . Существуют другие модификации оксида алюминия: 8 - АЬОз тетрагональной сингонии с

о о

параметрами ячейки а=7.943 А и с= 23.50 А; в- А120з моноклинной сингонии с пара-

0 0 0 метрами а=11.813 А, Ъ= 2.906 А, с= 5.625 А, /? = 104.6°; всего в международной рентгенометрической картотеке насчитывается около двух десятков различных структурных

видов оксида алюминия [8 - 14]. Известна у - модификация кубической сингонии

о

(структура типа шпинелевой) с параметром ячейки 7.9А, которая образуется из тригональной а - АЬОз через тетрагональную 5 - А^Оз и является полуаморфной. Тригональ-ная модификация имеет несколько структурных видов, принадлежащих к одной пространственной группе, но различающихся параметрами элементарных ячеек.

1.2 Радиационные эффекты в чистых оксидах и в керамике.

1.2.1. Дефекты структуры в керамических диэлектриках и воздействие на них облучения быстрыми частицами.

В зависимости от характерного размера элемента обычно различают макроструктуру (>1мм), микроструктуру (1- 10"3мм) и субструктуру (< 10"3мм) [15]. Элементами макроструктур являются крупные к�