Моделирование тепловой эрозии поверхности твёрдого тела под действием мощных импульсных пучков заряженных частиц

• Автор: Степанова, Ольга Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЭРОЗИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ИМПУЛЬСНЫМИ ПУЧКАМИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ: ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Механизмы эрозии твёрдого тела под действием пучков заряженных частиц, плазмы и лазерного излучения

1. 2. Коэффициент распыления и его зависимость от температуры

1. 3. Модели испарения атомов с поверхности

1. 3.1. Двухфазная модель испарения

1. 3.2. Гидродинамическая модель эрозии

1. 4. Изменение морфологии поверхности в результате эрозии при

облучении пучками заряженных частиц

1.5. Постановка задачи о тепловой эрозии твёрдого тела под действием мощных импульсных пучков заряженных частиц
1. 5.1. Одномерная модель
1. 5.2. Двумерная модель
ГЛАВА 2.ТЕПЛОВАЯ ЭРОЗИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА
ПОД ДЕЙСТВИЕМ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
2.1. Функция энерговыделения ускоренных заряженных частиц в веществе
2. 1.1. Линейные потери энергии ускоренных ионов при тор-
можении в твёрдом теле
2. 1.2. Линейные потери энергии электронов, тормозящихся в твёрдом теле

2. 1.3. Полный энерговклад пучка заряженных частиц в
мишень
2. 2. Тепловая эрозия твёрдого тела под действием мощного импульсного ионного пучка
2. 2.1. Влияние параметров пучков на характеристики тепловых процессов в металлах при ионном облучении
2. 2.2. Коэффициент эрозии твёрдого тела в зависимости
от параметров мишени и пучка
2. 2.3. Коэффициент энергетической эффективности пучка
2. 3. Особенности тепловой эрозии твёрдого тела под действием
мощного импульсного пучка электронов
2. 3.1. Влияние формы профиля линейных потерь энергии электронов на конфигурацию тепловых полей в мишени
2. 3.2. Толщина расплавленного и испарившегося слоев в
зависимости от параметров пучка
2. 3.3. Коэффициент эрозии как функция параметров электронного пучка для материалов с различными теплофизическими свойствами
2. 3.4. Энергетическая эффективность электронного пучка в сравнении с ионным
2. 4. Методика оптимизации параметров пучка для обеспечения
максимально возможных коэффициентов эрозии
ГЛАВА 3. РАДИАЦИОННАЯ ПОЛИРОВКА ПОВЕРХНОСТИ В РЕЖИМЕ ИСПАРЕНИЯ
3. 1. Эволюция рельефа поверхности в результате испарения под
действием мощных импульсных пучков заряженных частиц
3. 2. Сглаживание поверхности под действием импульсного ионного пучка
3. 3. Испарение микровыступов под действием электронного пучка

3. 4. Тестирование модели тепловой эрозии микровыступа на поверхности твёрдого тела под действием мощного импульсного пучка заряженных частиц
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

лепие выступающих элементов рельефа не сопровождается неравномерной эрозией участков поверхности с различной структурой, составом и разной ориентацией кристаллитов. В режиме столкновительного распыления мишени, однородной по составу и структуре, устойчивой формой рельефа является плоская поверхность. Выступы и впадины исчезают в процессе облучения.
Описанные выше условия соблюдаются при нормальном распылении аморфных твердых тел. Например, полировка поверхности плавленого кварца наблюдается мри облучении ионами Лг+ с энергией Ео = 7 ... 10 кэВ и плотностью тока 7 < 1,5 мА/см2 [73].
В случае же поликристаллов достижение эффекта сглаживания за счет распыления возможно при облучении ионами с энергиями ниже порога распыления [73]. При этом, несмотря на низкие энергии, атомы, находящиеся на вершинах выступов, удаляются, так как имеют меньшие энергии связи.
В другом случае сглаживание достигали путем варьирования угла падения ионов на поверхность. Полировка происходила при наклонном облучении и при температуре ниже температуры перестройки и отжига дефектов и рекристаллизации. Выбранный угол падения соответствовал более низким коэффициентам распыления плоских участков, нежели при нормальном облучении. При этом склоны выступов распылялись под углами, близкими к нормальным, а углубления “залечивались“ в результате поверхностной диффузии атомов. Например, полировка медных и никелевых сплавов достигалась при облучении ионами гелия Не+ с энергией Ео = 10 ... 20 кэВ под углом <р = 75 ... 88°. Плотность тока ионов пучка составляла 71 мА/см2. Эффективность сглаживания возрастала с увеличением ср до 88° и уменьшением температуры поверхности до 300 К [73].
Комбинация процессов распыления и осаждения позволила получить метод ионно-лучевого полирования поверхности до наноразмерного и субнаноразмерно-го уровня [74]. Слой паноразмерной толщины, полученный в результате распыления мишени из одинакового с обрабатываемой поверхностью материала, осаждался преимущественно во впадины рельефа в присутствии ионного ассистирования. На примере кварца, ситалла и оптического стекла показано более чем двукратное уменьшение высоты выступов рельефа на исходной поверхности после полирования данным методом [74].