Исследование фазового и примесного состава лент катодных сплавов Pd-Ba

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование фазового и примесного состава лент катодных сплавов Pd-Ba

В.Г. Костишин, С.Д. Калошкин, А.Ю. Адамцов, Н.Д. Урсуляк,

Е.К. Горский, Хабачев М.Н. 2, Дровенкова Г.В.

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, г. Москва, Ленинский проспект,

АО «НПП «Исток» им. Шокина, 141190, г. Фрязино, Московская область, ул. Вокзальная, 2 а

Аннотация: В работе впервые с использованием современных аналитических методов изучен фазовый и примесный состав катодных сплавов Pd-Ba, полученных по промышленной технологии. Установлено, что концентрация вредных примесей (C, Zn, Ba, Cu) в объектах исследования не превышает установленные к данным материалам нормы. Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа подтверждена обнаруженная ранее двухфазность сплавов Pd-Ba, из которых одна фаза - интерметаллическое соединение (Pd5Ba), вторая - палладий (матрица), причем интерметаллид очень неравномерно распределен в матрице. В объекте исследования впервые обнаружена нежелательная фаза Pd2О. Установлено, что в сплавах Pd-Ba зерна Pd - крупные (порядка одного мкм), зерна фазы Pd5Ba - от нескольких сотен нм до одного мкм. Во всех зернах наблюдается высокая плотность хаотически расположенных дислокаций. Предложены технологические приемы для улучшения однородности сплава.

Ключевые слова: металлосплавные катоды, Pd-Ba, эмиссионные свойства, просвечивающая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, примесный состав, коэффициент вторичной электронной эмиссии.

Введение. Одним из основных типов катодов, широко применяющихся в современной СВЧ-электронике являются металлосплавные катоды. Этот тип катодов впервые был создан в СССР, - на АО «НПП «Исток» им. Шокина в начале 60-х годов [1,2].

Металлосплавные катоды обладают рядом свойств, характерных для чистых металлов: устойчивостью эмиссии к действию электронной бомбардировки, высокой электро- и теплопроводностью, гладкостью поверхности. Максимальный коэффициент вторично-электронной эмиссии для разных сплавов составляет 1,8…3,0 [2].

Сплавы Pd-Ba представляют собой двухфазные сплавы с массовой долей бария 0,5-2,0 %, причем одна фаза - интерметаллическое соединение (Pd5Ba) вторая - благородный металл. Эмиссионные свойства Pd-Ba (работа выхода ц, коэффициент вторичной эмиссии у) обусловлены адсорбцией пленки бария, источником которого является соединение интерметаллида [2].

С целью получения более равномерного распределения интерметаллида в матрице благородного металла, сплавы несколько раз отжигались [6], после чего методом горячего прессования из каждого сплава прокатывалась лента толщиной 200 мкм [7-10].

Определение содержания Zn, Ba, Pd, Fe проводили методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на оптическом эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой iCAP 6300 фирмы Thermo Scientific (США). Источник возбуждения спектров - индуктивно-связанная плазма мощностью 750 -1350 Вт. Измерение интенсивности аналитических линий в диапазоне 166--867 нм. Оптическое разрешение - 0,007 нм на длине волны 200 нм.

Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ исследуемых образцов проводился на дифрактометрах «ДРОН-3М» (CuKб- излучение, графитовый монохроматор) и «Гайгерфлекс» фирмы Rigaku. В последнем случае в качестве источника рентгеновского излучения использовалась трубка с железным анодом (рабочий ток - 25 мА, напряжение - 25 кВт). Длина волны излучения л=0,193728 нм. При регистрации спектров образцов использовался фильтр из Mn. Фокусировка осуществлялась по методу Брэгга-Бретано с двумя щелями Соллера. Измерения проводились при комнатной температуре.

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) объектов исследования проводилась на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2000 EX (Япония). Для проведения таких исследований из лент Pd-Ba по специальной методике готовились образцы толщиной 100 мкм и диаметром 3,0 мм, в которых с помощью димпл-гриндера делалась сферическая лунка с толщиной сплава в центре в несколько мкм.

Результаты исследований и обсуждение

В таблице 1 представлены результаты изучения примесного состава катодных лент Pd-Ba.

Таблица 1

Результаты исследования состава катодных лент Pd-Ba

Обращает на себя внимание тот факт, что ленты состава Pd-Ba содержат повышенную концентрацию Ba. В то же время, концентрация вредных примесей не превышает допустимой нормы (примесь алюминия в изучаемых образцах не была обнаружена).

Дифрактограммы образцов ленты катодного сплава Pd-Ba позволили обнаружить, что превалирующими фазами в данном сплаве являются фазы Pd (матрица) и Pd5Ba (интерметаллид в матрице). В некоторых образцах ленты удалось обнаружить фазу Pd2O. Характерное изображение дифрактограммы для сплава Pd-Ba с содержанием фазы Pd2O представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 - Дифрактограмма катодной ленты сплава Pd-Ba с содержанием фазы Pd2O

На дифрактограмме видны дифракционные максимумы соответствующие фазам Pd и Pd2O. Исследования методом просвечивающей электронной микроскопии показали, что зерна основной фазы Pd - крупные, порядка одного микрона. На рисунке 2 приведено изображение отдельного зерна и соответствующая данной области дифрактограмма. Ось зоны [110]. Зерно фрагментировано, размеры субзерен порядка 200 нм.

Обзорные изображения структуры образца Pd-Ba приведены на рисунке 3. Во всех зернах наблюдается большая плотность хаотически расположенных дислокаций.

Рисунок 2 - ПЭМ-изображение внутренней структуры зерна Pd и соответствующая данной области дифракционная картина

Рисунок 3 - Светлопольные ПЭМ-изображения структуры образца катодной ленты на основе сплава Pd-Ba

На рисунке 4 приведены изображения высокоугловой границы между зернами в катодной ленте на основе сплава Pd-Ba.

Рисунок 4 - ПЭМ-изображение границы двух зерен

На рисунке 5 приведено изображение включения второй фазы. По данным энергодисперсионного анализа это - фаза Pd5Ba (было только одно зерно во всем тонком месте первого образца).

Рисунок 5 - ПЭМ-изображение отдельного зерна фазы Pd5Ba образца катодной ленты на основе сплава Pd-Ba

В таблице 2 приведены данные локального энергодисперсионного анализа.

Таблица 2

Данные локального энергодисперсионного анализа состава зерна фазы Pd5Ba, изображенного на рис. 5

лента катодный сплав

Отметим, что данные табл. 3 достаточно точно отражают реальную картину: содержание Ba в стехиометрическом Pd5Ba составляет 20,51 вес.%. На рис. 6 представлено изображение стыка зерен фазы Pd с зернами фазы Pd5Ba, обнаруженное в другом образце катодной ленты на основе сплава Pd-Ba.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - ПЭМ-изображение стыка зерен фазы Pd с зернами фазы Pd5Ba в катодной ленте на основе сплава Pd-Ba

В образце № 1 катодной ленты на основе сплава Pd-Ba встречались также включения фазы Pd2O. Пример такого включения приведен на рисунке 7.