Математическое моделирование межфазной границы раздела "алмаз-матрица"

• Автор: Крикун, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ И СОСТОЯНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЭТОЙ ОБЛАСТИ

1.1. Роль межфазных границ раздела в современных технологиях

1.2. Исследование межфазной границы раздела алмазматрица

1.3. Моделирование диффузионных процессов на межфазной

границе
Выводы

2. МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Метод построения математической модели

2.2. Методика эксперимента и исследуемые материалы
2.3. Аппаратнопрограммные средства для регистрации
электронных спектров
2.4. Математическая обработка электронных спектров
2.5. Контрольные измерения
Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В
ОКРЕСТНОСТИ МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЫ
3.1. Задача моделирования и исходные данные
32. Методика моделирования коэффициента взаимной диффузии
3.3. Сглаживание коэффициента взаимной диффузии на
межфазной границе
3.4. Моделирование зависимости с помощью сплошной прогонки
3.5. Вычисление коэффициента взаимной диффузии атомов Со и С
в окрестности межфазной границы
3.6. Моделирование парциальных коэффициентов диффузии
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЖФАЗНОЙ
ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА АЛМАЗМАТРИЦА
4.1. Исследование межфазной границы методом РФЭС
4.2. Исследование межфазной границы методом ОЭС
4.3. Анализ результатов исследования
Выводы
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ИЗ
ЛИТЕРАТУРА


При перемещении от одной плоскости к другой (например, от АЛ' к ВВ') через фазу s свойства изменяются, постепенно переходя к свойствам, соответствующим одной из фаз а или р. Толщина промежуточной фазы может изменяться в пределах от долей до сотен нм [, ]. По-видимому, наиболее оправданным обоснованием современных исследований границ раздела являются требования различных отраслей промышленности. Так, при изучении коррозии материалов и различных механических повреждений, связанных с зернограничным охрупчиванием, оказалось, что даже при объемной концентрации порядка '4 -НО*5 % некоторым образованиям энергетически более выгодно находиться не в объеме, а на границе зерен, что может привести к покрытию поверхности сплошным атомным слоем выделяющегося компонента и межзеренному разрушению материалов [, , , 5, ]. С другой стороны, подобное выделение на открытой поверхности может приводить к увеличению коррозионной стойкости [, , 2]. Для получения ценной информации в этой области необходимы методы, которые по своим аналитическим возможностям нацелены на исследование поверхности и позволяют проводить элементный и химический анализ [, , 4, , , , ]. Все современное полупроводниковое приборостроение основано на получении и использовании межфазных границ раздела с заданными свойствами (металл-полупроводник, металл-диэлектрик-полупроводник и др. Так, создание барьеров Шоттки включает в себя получение атомарночистой поверхности полупроводника, её окисление или напыление металлической пленки заданной толщины. Можно управлять высотой барьера, а, следовательно, и его свойствами, варьируя указанные технологические параметры [8,,4]. Элементный и химический анализ межфазной границы раздела «алмаз-матрица» до нас не проводился. Имеются лишь первые попытки работы с поликристаллическим алмазом [3, 8]. Вместе с тем, исследованиям напряженно-деформированного состояния системы зерно-матрица посвящены работы В. А. Александрова, Г. А. Воронина, В. В. Журавлева, И. П. Захаренко, В. И. Курдюкова, В. И. Лаврененко, А. Б. Олейникова, И. П. Третьякова, Е. М. Чистякова, М. Расчет выполняется на основе решения двумерной задачи теории упругости методом конечных элементов. В качестве расчетной схемы принято единичное зерно эллипсоидальной формы с полуосями а и Ь, помещенное в матрицу на глубину И. С учетом существенного влияния контактного слоя между алмазом и матрицей на работоспособность инструмента в расчетной схеме выделен переходный слой толщиной 8 (рис. Бх дх; ? Свойства матрицы и переходного слоя в общем случае приняты одинаковыми и соответствующими свойствам серийной матрицы М, рассчитанным по методике определения физических свойств композиционных материалов. Подробно исследованы коэффициент теплового расширения и теплопроводность переходного слоя. Элементный и химический анализ, а также толщина переходного слоя не исследовались. Рисунок 1. Повышению прочности и эффективности использования алмазного инструмента посвящены работы П. С. Кислого, Г. А. Колесниченко, В. П. Костикова, П. П. Кушталовой, П. А. Лавриненко, В. М. Лунева, В. П. Самойлова, В. П. Уманского, Е. М. Чистякова, М. М. Яхутлова [, , , , , , , , , 4]. Скорость роста карбидной прослойки определяется на начальном этапе кинетикой химических реакций на границах раздела, а затем и диффузией компонентов (углерода и металла) через слой новой фазы. Анализ результатов исследований показал, что прочность контакта алмаза и металла определяется прочностью межфазной связи алмаза с металлом, структурой и особенностями строения межфазной области, которые, в свою очередь, являются сложной функцией химического сродства углерода к металлу и условий формирования контакта. Моделированию температур и температурных напряжений в алмазных инструментах посвящены работы [1, 3, 6]. Модель нестационарного температурного поля представлена цилиндром неограниченной длины радиуса /? Нагрев цилиндра осуществляется распределенным по его поверхности источником тепла, интенсивность которого изменяется со временем по экспоненциальному закону. Между поверхностью цилиндра и окружающей средой имеет место конвективный теплообмен с постоянным коэффициентом теплоотдачи И.