Влияние легирования на фазовый состав, структуру, термоэмиссию и жаропрочность ниобия

• Автор: Полунов, Игорь Львович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Условия работы высокотемпературных электродов ТЭП

1.2. Влияние состава сплавов на их эмиссионные свойства

1.3. Выбор материала основы и легирующих элементов для электродов ТЭП.

14 Сплавы на основе ниобия для высокотемпературных электродов.

15. Цели и задачи исследования

Глава 2.0Б0СН0ВАНИЕ ВЫБОРА ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ НИОБИЯ ДЛЯ КАТОДОВ ТЭП, РАБОТАЮЩИХ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ДО с.

2.1. Влияние легирующих элементов на жаропрочность и технологичность ниобия.

2.2. Теоретический анализ влияния фазового состава на работу выхода электрона сплавов ниобия.
2.3. Выбор перспективных композиций на основе ниобия для катодов ТЭП, способов их обработки и получения.
Глава 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА.
Глава 4. ВЛИЯНИЕ МОЛИБДЕНА, ТИТАНА, ЦИРКОНИЯ И УГЛЕРОДА НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА НИОБИЯ В ЛИТОМ, ДЕФОРМИРОВАННОМ И ОТОЖЖЕННОМ СОСТОЯНИЯХ.
4.1 Фазовый состав, структура и механические
свойства сплавов.
4.2 Работа выхода электрона сплавов ниобия.
Глава 5. ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА
РАСПАД ПЕРЕСЫЩЕННОГО ТВЕРДОГО РАСТВОРА ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В НИОБИИ.
5.1 Влияние легирующих элементов и термической обработки на фазовый состав сплавов систем ЫЬС, ИЪМоС, ИЬТьС и 1ЧЬ7лС.
5.2 Исследование микроструктуры, фазового состава и физикомеханических свойств многокомпонентных сплавов в зависимости от режимов термообработки закалки.
5.3 Влияние температуры старения на микроструктуру, фазовый состав и механические свойства многокомпонентных сплавов ниобия.
Глава 6. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ НА ТЕРМОЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА, ПОЛЗУЧЕСТЬ И ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИОБИЯ. РЕЗУЛЬТАТЫ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ.
Глава 7. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


В ряде случаев для упрощения эксплуатации целесообразно использовать вакуумные ТЭП, однако, при этом уменьшается величина межэлектродного зазора, что предполагает использование в качестве материала эмиттера более жаропрочные композиции. Различают межэлектродные газовые промежутки-ТЭП с частичной и полной ионизацией. Последние принадлежат к плазменным ТЭП, которые можно относить к контактным преобразователям. Процесс преобразования энергии в ТЭП рассмотрим вначале на примере анализа плоской вакуумной модели элементарного генератора (рис. Промежуток А между металлическими электродами - катодом (эмиттером) 1 и анодом (коллектором) 2, заключенными в вакуумный сосуд 3, откачан до давления 0,3 мПа (примерно -6 мм рХ. Ст. Электроды и их выводы 4 изолированы от стенок сосуда. К эмиттеру подводится тепловая энергия Qi, и он нагревается до температуры Ti « К. Коллектор поддерживается при температуре Т2 < Ti вследствие отвода от него тепловой энергии Q±. Распределение электронов по энергиям в металле электрода зависит от его химической природы и определяется среднестатистическим уровнем Ферми -наименьшим уровнем, на котором располагались бы все электроны при температуре Т=0. Если Т>0, то вероятность наличия у электрона энергии уровня Ферми всегда равна 0,5. Вплоть до точки плавления металла уровень Ферми мало зависит от Т. По конструкции различают ТЭП с цилиндрической и плоской геометрией электродов (рис. Важнейшей характеристикой материалов электродов электронных приборов является работа выхода электронов, однако при рассмотрении вопроса термоэлектронной эмиссии необходимо учитывать, что электрод обычно представляет собой поликрисл алличсский агрегат с большой внутренней поверхностью зерен, на которой возможны, с одной стороны, адсорбция атомов легирующих компонентов, с другой, - растворение их в кристаллической решетке основного металла, сопровождающееся изменением объемных свойств материала в целом. Поскольку в реальном случае имеют место оба фактора, вопрос пригодности того или иного материала в качестве термокатода очень усложняется, и наряду с оценкой влияния состояния структуры на термоэмиссию необходимо учитывать изменение жаропрочных характеристик катодных материалов в процессе эксплуатации. Также для стабильной работы электродов ТЭП важно, чтобы температура, при которой начинается сильное испарение материала, была как можно выше. V4- '>. I л л ! ЪиЛ1л. Рис. Электростатическая модель ТЭП ЕьЕг - напряженность электрического поля Эмиттера и коллектора, Як - нагрузка в Электрической цепи, I - сила тока. Рис. Схемы термоэмиссионных преобразователей энергии с цилиндрической (а) и плоской (б) геометрией катода. А, возникать кратковременные перегревы и охлаждения, происходить контакт' с материалами других узлов, что и определяет основные требования к материалам [5, -]. Многочисленные работы отечественных и зарубежных исследователей позволили установить, что в целях обеспечения устойчивой работы электродов для ТЭП в течение продолжительного времени их материал должен обладать низкими значениями работы выхода электрона, высокими температурами плавления и испарения, а также жаропрочности, минимальной эрозией, стабильностью основных рабочих свойств в процессе эксплуатации. Поэтому обеспечение длительной и надежной работы высокотемпературных электродных материалов для ТЭП-ов связано с термической устойчивостью определенного структурного состояния электродов, что достигается правильным подбором основы и легирующих добавок, их количеством, формой и распределением. Характеристикой эмиссионной способности сплава является работа выхода электронов (р - минимальная энергия, необходимая для перемещения электрона с поверхности Ферми в твердом теле в точку пространства, где поле практически равно нулю [8]. Чем она меньше, тем больше эмиссия при той же температуре и том же напряжении внешнего электрического поля. Работа выхода электрона является одной из характеристик силы связи электронов в металле и обусловлена двумя факторами: состоянием электрона внутри металла и условием его выхода из металла, определяемым специфическим распределением зарядов вблизи границы металл-среда []. Фа - электростатический потенциал у поверхности металла. АоОТ2е (1.