Строение и теплофизические свойства слоев боридов и карбидов ванадия, формируемых в вакууме электронным пучком

• Автор: Милонов, Александр Станиславович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Улан-Удэ
• Количество страниц: 81 с. : ил.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Бориды ванадия
1.2. Карбиды ванадия
1.3. Диаграммы состояния систем с участием боридов и карбидов ванадия.
1.4. Методы получения боридов ванадия
Глава 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ БОРИДОВ И КАРБИДОВ ВАНАДИЯ
2.1. Методика термодинамических расчетов
2.2. Фазообразование в системе У20з-В-С (У20з-В4С-С)
2.3. Фазообразование в системе У20з-В20з-С
2.4. Выводы
Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ СЛОЕВ БОРИДОВ В ВАКУУМЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МОЩНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
3.1. Принципы организации процесса формирования слоев
3.2. Конструкция и характеристики устройства с электронным нагревом
3.3. Взаимодействие ускоренных электронов с веществом
3.4. Выводы
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ И ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛОЕВ БОРИДОВ ВАНАДИЯ
4.1. Методики исследований
4.2. Строение слоев боридов ванадия
4.3. Выводы ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы. Ванадий, как (1- элемент V группы Периодической таблицы Д.И.Менделеева, имеет различные валентные состояния, связанные с перекрытием (1-, р- и я- орбиталей и образует наибольшее количество боридов различного состава. Обнаружено, что атомы бора в боридах образуют либо пары (У3В2) или борные цепочки различной сложности (зигзагообразные (УВ), сдвоенные цепи (УзВ4)), либо плоские или гофрированные сетки (УВ2). Особенности кристаллических структур боридов, характер и энергия межатомных связей, электронное строение атомов бора и металла существенно влияют на физические и химические свойства боридов и материалов на их основе. С увеличением содержания бора в бориде температуры плавления, характеристические температуры, модуль упругости повышаются, коэффициент термического расширения, и среднеквадратичные смещения атомов уменьшаются. Все это свидетельствует об увеличении жесткости решетки с ростом отношения В/У, локализации электронных состояний атомов бора, что приводит к упрочнению, усилению ковалентных связей В-В. Наиболее важной характеристикой боридов, определяющих их практическое использование, является высокая твердость, связанная с направленным характером и энергетической прочностью межатомных связей.
Наибольшее применение в технике находит диборид УВ2, а среди материалов на его основе особое место занимают пленки и покрытия. С развитием новой техники совершенствуются методы и способы их формирования. Вакуумные технологии имеют ряд преимуществ в связи с получением наиболее чистых материалов, а использование электронных пучков с появлением надежно работающих электронных пушек и оборудования на их основе, расширяют возможности синтеза твердых материалов с заданной неоднородностью в одну стадию. Сложившаяся к началу настоящей работы тенденция развития вакуумных технологий сводилась к таким применениям электронного пучка, как плавка, сварка, наплавка. Практически отсутствуют экспери-

ментальные данные о возможности использования электронного пучка в вакууме, в частности, для синтеза тугоплавких боридов ванадия и формирования покрытий на их основе. В связи с этим, диссертационная работа, является актуальной задачей. Исследование слоев боридов ванадия даст возможность проследить взаимосвязь «состав - строение - свойство». В перспективе, электронным пучком возможно, в полной мере, решение проблемы создания боридных покрытий с заданными свойствами. Это неоднократно подчеркивалось в решениях конференциях и симпозиумах и включено в программу фундаментальных исследований РАН.
Целью работы является изучение процесса одновременного синтеза и формирования слоев боридов ванадия на углеродистых сталях в вакууме при воздействии мощного электронного пучка на реакционные смеси, содержащие оксид ванадия, борирующие компоненты (бор/карбид бора, оксид бора) и углерод.
Для достижения намеченной цели в работе поставлены следующие задачи:
1. Выяснить теплофизические условия возможность синтеза боридов и карбидов ванадия при давлении 10'2-10'4 Па при воздействии пучком электронов.
2. Термодинамическим анализом определить фазовые равновесия в тройных системах У20з-В/В4С-С и У20з-В20з-С и оптимальных условия для высокотемпературного синтеза боридов ванадия различного состава.
3. Провести экспериментальное исследование процесса синтеза и формирования слоев боридов ванадия на углеродистых сталях Ст20 и 45 при воздействии электронным пучком в вакууме.
4. Изучить строение и физико-химические свойства слоев боридов ванадия.
Научная новизна работы.
Теплоемкость, к-Дж/моль,К Теплоемкость, кДж/моль К

Температура, К.
-0-Н1 -+-Н2 -+-НЗ -*-Ср1 —Ср2 -»-СрЗ
Рис.27. Термодинамические свойства борида V3B4: 1- V203 + В + О V3B4 +СО,
2- V203 + В4С + С= V3B4 +СО,
3- V203 + В20з + С= V3B4 +СО
Температура, К.
-о-Н1 -*-Н 2 —-НЗ -*-Ср1 -е-Ср2
Рис.28. Термодинамические свойства борида VB: 1- V203 + В + С= VB +СО,
2- V203 + B4C + C=VB+C0,
3- V203 + В203 + С= VB+СО