Закономірності формування та еволюції нерівноважного структурного стану іонно-плазмових конденсатів

Проведена оцінка коефіцієнта дифузійної рухливості металевих атомів () при різній температурі конденсації і постконденсаційного відпалу. Встановлено, що в температурному інтервалі Тк = 350...770 К величина при формуванні конденсатів складає (5...12)·10-19 cм2/с, що перевищує такі значення при постконденсаційному відпалі (рис. 8). При більш високій температурі, значення при формуванні конденсату та його постконденсаційному відпалі збільшуються, складаючи, наприклад, при 870 К 2·10-18 cм2/с. Дифузійна рухливість атомів при збільшенні часу термічного впливу має тенденцію до істотного зниження. Така залежність для Tвід = 720 К наведена на рис. 9. Видно, що при наближенні до початку ізотермічного відпалу вона набуває нелінійний експонентний вигляд, що свідчить про більшу схильність до концентраційного упорядкування матеріалу безпосередньо у метастабільному постконденсаційному стані.

На основі зіставлення результатів рентгенівської дифрактометрії та високорозрізнювальної просвічувальної мікроскопії зроблено висновок, що формування упорядкованої коміркоподібної структури розміром 4…5 нм з більш щільною центральною частиною і менш щільною периферією (рис. 10) відповідає моделі, у відповідності до якої центральна частина областей упорядковання збагачується більш важкими атомами вольфраму, а більш легкі атоми твердого розчину витісняються на периферію цих областей. Схематичне представлення початкових стадій описаної вище моделі розшарування наведено на рис. 11.

Радіаційний вплив при опроміненні протонами з енергією 100 кеВ і дозах, що не перевищують 1017 прот/см2, стимулює процес розшарування у металевій підсистемі та формування модульованої структури конденсату, а при більш високих дозах опромінення і низькому вмісту атомів сильного карбідо- та боридоутворюючого елемента - титану (менш за 10 ат.%), опромінення призводить до хаотизації структури упорядкування у конденсаті.

При побудові діаграми метастабільного фазового складу для конденсатів WB2-TіB2 системи та її порівнянні з подібною діаграмою системи WC-TіC (розділ 5) встановлено, що розширення області твердих розчинів на основі найбільш простої для даної системи решітки, поява при високій температурі осадження нижчої за елементом проникнення фази та утворення у метастабільній області твердих розчинів зони концентраційного розшарування є спільною рисою, що притаманна матеріалам квазібінарних систем як з кубічною, так і з гексагональною кристалічними решіткамі у конденсованому з іонно-плазмових потоків стані. При цьому формування нижчої за елементом проникнення фази відбувається з боку перехідного металу з більшим ступенем локалізації d-електронної конфігурації.

У сьомому розділі “Механізми формування та еволюції нерівноважного структурно-фазового стану конденсатів, одержаних іонним розпиленням”, на підставі встановлених закономірностей запропоновано механізми росту іонно-плазмових конденсатів, який для характерного енергетичного діапазону плівкоутворюючих частинок від одиниць до сотень електронвольт включає два одночасно діючих процеси: імплантацію високоенергетичних частинок, що перемішують атоми у приповерхневих шарах, і є визначальним фактором при створенні напруженого стану конденсату, та осадження низькоенергетичнох частинок з ростом конденсату за механізмом, подібним осадженню при термічному методі одержання. При низькоенергетичному осадженні форма зародків при Тк ? 300 К має краплеподібний острівковий вигляд. Зі збільшенням Тк підвищується планарність росту зародків, проходять кристалізаційні процеси та формується текстура.

Хід залежності розміру кристалітів від температури конденсації (рис. 12) показує, що у зв'язку з тим, що Тк = 300 К для більшості досліджених тугоплавких матеріалів відповідає величині, близькій до 0,1Тпл, то при меншій Тк слід очікувати формування конденсатів зі структурою, подібною до статистичної (аморфноподібної).

На підставі одержаних в роботі даних щодо формування структури осадженних при jMe = 1014…1016 см-2·с-1 іонно-плазмових конденсатів різних систем “перехідний метал-металоід”, а також даних літератури запропоновано підхід до прогнозування структурного стану іонно-плазмових конденсатів, який базується на використанні співвідношення атомних радіусів металоіда до металу - числі Хегга.

Для інтервалу температур осадження Тк = 0,1...0,3Тпл при співвідношенні радіусів, менш за 0,59, відбувається формування кристалічних структур, що в роботі підтверджено дослідженнями конденсатів карбідів вольфраму та титану, боридів титану та цирконія (рис. 13).

При співвідношенні, що перевищує 0,59, при якому у рівноважних умовах створюются фази зі складною решіткою, при осадженні з іонно-плазмових потоків стимулюється формування аморфноподібного структурного стану, що було виявлено для систем W-B, Сr-B, а також для квазібінарної системи TіB2-WB2 з великим вмістом WB2 складової. Слід відзначити, що подібний ефект аморфізації спостерігається при релаксації впливу від піку зсуву при високоенергетичній та високодозній імплантації іонів металоіду у металеву матрицю.

Вибір для досліджень густини потоку металевих частинок, що осаджуються, jMe = 1014…1016 см2·с-1 у якості базової, обумовлений властивими іонно-плазмовій конденсації особливостями: при меншій густині потоку для характерних вакуумних умов осадження значний внесок у формування структури конденсату вносять домішкові атоми з залишкової атмосфери, густина потоку яких стає порівняною з густиною потоку металевих плівкоутворюючих атомів. Високий вміст домішкових атомів у конденсаті стимулює при осадженні з Т < 0,2Tпл розвиток аморфноподібного структурного стану.

При густині потоку металевих частинок, що осаджуються, яка перевищує обраний інтервал, стає вагомим ефект взаємодії між плівкоутворюючими частинками, що призводить до значного підвищення температури поверхні осадження і тим самим ускладнює стабілізацію та дослідження проміжного в-стану.

Використовуючи Dп · ф, де ф - час, необхідний для формування одного поверхневого моношару (для середній густині потоку jМе = 1015 см-2•с-1 - ф ? 1 с), в якості фізичного критерія структуроутворення у конденсаті, запропоновано класифікація впливу термічного фактору при осадженні у відповідності до структурного стану матеріалу: на “слабке” (аморфно-кластерний стан, Dп · ф < 10-16 см2, що відповідає поверхневій рухливості атомів Dп < 10-16 см2с-1), “середнє” (кристалічній стан з в-метастабільною фазою, для формування кристалічної структури якої поверхневий пробіг атомів l у процесі росту моношару повинен бути порівняним з міжатомною відстанню і для усередненого значення l 0,25 нм - Dп · ф ? 5•10-16 см2), “сильне” (розвиток текстури, для формування якої величина l при зростанні моношару повинна бути не меньш за період решітки. У цьому випадку Dп · ф = (1..5)•10-15 см2) та “дуже сильне” (формування кристалічних рівноважних б-фаз, Dп · ф > 5•10-15 см2). Визначені термпературні інтервали таких впливів (рис. 14).

Доведено можливість систематизації структурного стану конденсованого матеріалу. У якості критерію систематизації запропоновано використовувати ступінь нерівноважності процесу конденсації, який підвищується зі зменшенням Тк. У відповідності до цього крітерию підвищення Тк призводить до наступної послідовності стабілізованих у конденсаті станів: аморфноподібного > кристалічної метастабільної в - фази > кристалічної рівноважної б-фази. Подібний процес структурної перебудови властивий переходу з рідкого у рівноважний кристалічний стан при кристалізації матеріалу, а утворені метастабільні в-кристалічні форми конденсованого матеріалу властиві передплавильному рівноважному стану. Для карбіду вольфраму це в-WC фаза з решіткою типу NaCl, для бориду вольфраму це в-WВ фаза з орторомбічною решіткою, а для квазібінарних систем це тверді розчини зі значно розширенною областю граничної розчинності у порівнянні з рівноважним станом.

Проведена аналогія між структурою конденсату у нанокристалічному та у передплавильному станах показала наявність спільних закономірностей, притаманних цим станам. Так структурний аспект стадії передплавлення полягає в інтенсивному подрібненні областей кристалів до нанометрових розмірів, що відповідає стадії структурної перебудови матеріалу при його переході у нанокристалічний або кластерний стани. При цьому плавлення матеріалу, як і перехід у наноструктурний стан, зменшує притяжіння між структурними складовими, стимулюючи, наприклад, їх ротаційну рухливість. Надлишкова вільна енергія, яка характерна для нерівноважного стану нанокристалічних границь з обірваними або ослабленими зв'язками, призводить до збільшення середньої амплітуди коливань атомів навколо положення центра та відповідно до підвищення коефіцієнту термічного розширення (бт). Наведені у розділі 5 оцінки показують, що таке підвищення може досягати 1,8 рази. Крім того, у нанокристалічних конденсатах підвищується дифузійна рухливість, яка призводить до відносно низької температури формування модульованої структури у твердих розчинах, а також відбувається зменшення модуля пружності конденсованого матеріалу.

Характерні відмінності, які властиві конденсованому стану, пов'язані з легуванням його домішковими атомами робочої та залишкової атмосфери, а також з імплантаційними процесами високоенергетичних частинок та розвитком конденсаційних напружень.

Для найбільш характерного для метода іонного розпилення “середнього” типу впливу (300 К < Тк < 750 К), jМе ? (1...10)·1014 см-2·с-1 та Рр = 0,1…0,5 Па запропонована модель росту, яка припускає, що на початковому етапі формування покриттів, одержаних іонним розпиленням, відбувається утворення пересиченого домішковими атомами шару, товщина якого в залежності від швидкості осадження та енергії часток, що осаджуються, змінюється від одного до декількох нанометрів.

У подальшому при зростанні товщини конденсату під дією стискаючих напружень, які розвиваються в результаті “atomіc peenіng” ефекту, відбувається виштовхування газових домішкових атомів до границь і, в першу чергу, до вільної поверхні. В об'ємі конденсату, який більш вільний від домішкових атомів, під дією напружень стиску стимулюються кристалізаційні процеси. Таким чином, перетворення аморфного стану у нанокристалічний під дією напружень стиску і нагріванні можливо розглядати як розпад аморфної фази на нанокристалічну та зернограничну складові. При цьому відбувається формування текстури та ріст її досконалості, зменшення мікродеформації та збільшення розміру кристалітів, а поверхня може грати роль «дифузійного стоку найбільшої потужності» і стимулювати в наноструктурних конденсатах дифузію за зернограничним механізмом.

Доведені вище можливості модифікацій структурно-фазового стану матеріалу при його конденсації з іонно-плазмових потоків відкривають нові перспективи для формування матеріалів з унікальними механічними властивостями. Вирішуючи практичну задачу щодо розробки та обґрунтування фізичних принципів створення матеріалів іонно-плазмових конденсатів з надвисокою твердістю, на підставі узагальнення одержаних результатів виділено декілька необхідних умов. До таких умов слід, по-перше, віднести те, що розмір зерен має складати 10…15 нм, що базується на визначеній в роботі для квазібінарного діборидного конденсату розмірній залежності нанотвердості. Крім того, наведений інтервал значень відповідає критичному розміру зерен для дії дислокаційного джерела, що забезпечує пластичне скидання деформації. Зниження твердості для матеріалів, розмір кристалітів у яких менш за 10 нм, можна пояснити зміною механізму скидання деформації в цьому випадку від шляхом зрушення до ротаційного. Другою умовою є поліфазність формованого конденсату, коли поруч з високотвердими зернами повинен бути присутній більш пластичний прошарок, що демпфує. Найбільш перспективними для досягнення такого стану є квазібінарні системи фаз проникнення на основі перехідних металів з властивостями, що значно відрізняються. Цьому у найбільшій мірі відповідає пара «титан-вольфрам». По-третє, зерна фази з найбільш сильним ковалентним зв'язком для запобігання крихкого контакту між собою повинні бути оточені більш пластичною фазою з переважним внеском металевого зв'язку.

В якості одного з додаткових факторів, врахування якого є необхідним при моделюванні умов формування конденсатів з високими механічними властивостями, виступає мінімізація вмісту кисневих атомів, концентрація яких не повинна перевищувати поріг у 2…3 ат.%. При характерному для іонного розпилення робочому тиску 0,2…0,3 Па та тиску залишкової атмосфери 10-2 Па ця умова може бути виконана завдяки збільшенню густини потоку металевих плівкоутворюючих часток до jMe > 1015 см-2·с-1.

Окрім того, як необхідний для врахування фактор є оптимізація макронапруженого стану конденсата. У зв'язку з цим при моделюванні у якості найбільш прийнятного напруженого стану конденсата можна розглядати процеси при осадженні, що забезпечують розвиток у конденсаті напружень стиску величиною 1…2 ГПа.

Використання такого підходу дозволило збільшити твердість від 14 ГПа для конденсатів вольфраму, 22 ГПа для дібориду вольфрама та 25…28 ГПа для карбіду вольфрама до 35,9 ГПа для квазібінарної системи складу 69 мол.% WC-31 мол.% TіC та досягти порогу надтвердості 37…38 ГПа для квазібінарної боридної системи складу 80 мол.% W2B5 - 20 мол.% TіB2. При цьому має місце суттєве підвищення індексу H/E від 0,04 для W та 0,06 для WC до ? 0,09 для конденсату квазібінарної W-Tі-C системи і до ? 0,12 для конденсатів W-Tі-В системи.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі встановленні закономірності формування та еволюціі нерівноважних структурних станів, метастабільних та стабільних фаз і фізико-механічні властивости конденсатів, одержаних іонним розпиленням тугоплавких матеріалів при підвищенні їх елементно-структурної ієрархії в ряду: перехідний метал карбідна та боридна фази проникнення на його основі квазібінарні карбідні і боридні системи. В результаті була вирішена важлива наукова проблема фізики твердого тіла щодо встановлення механізмів формування структурно-фазового стану конденсованого матеріалу при нерівноважних умовах його осадження з іонно-плазмових потоків.

Основними науковими і практичними результатами є такі:

1. Запропоновано механізм формування конденсату з іонно-плазмових потоків, який включає два основних процеси: приповерхневу імплантацію, що супроводжується атомним перемішуванням та розвитком деформації стиску для високоенергетичних частинок, які імплантуються, та конденсацію низькоенергетичних частинок, при якій з підвищенням температури осадження має місце утворення структурних станів у послідовності: аморфно-кластерний - кристалічний перехідний (метастабільний) стан - кристалічний стан рівноважних б-фаз.

2. Встановлено, що перехідні кристалічні форми, що формуються при конденсації, властиві передплавильному стану. Для карбіду вольфрама це в-WC фаза з решіткою типу NaCl, для бориду вольфрама це в-WВ фаза з орторомбічною решіткою, а для квазібінарних систем це тверді розчини зі значно розширеною областю граничної розчинності у порівнянні з рівноважним станом.

3. У відповідності до структурного стану матеріалу конденсату запропоновано класифікацію впливу термічного фактору при осадженні з jМе = 1014…1016 см-2·с-1 на: “слабке” (аморфно-кластерний стан), “середнє” (кристалічній стан з в-метастабільною фазою), “сильне” (розвиток текстури) та “дуже сильне” (формування кристалічних стабільних б-фаз). Визначені температурні інтервали таких впливів та оцінена поверхнева рухливость атомів при осадженні, яка забезпечує відповідний структурний стан. При «слабкому» впливі Dп < 10-16 см2·с-1, для «середнього» - 10-16 см2·с-1 < Dп < 10-15 см2·с-1, для «сильного» впливу Dп ? (1…5)·10-15 см2·с-1 та для «дуже сильного» Dп > 5·10-15 см2·с-1.

4. Запропоновано підхід для прогнозування аморфноподібного стану матеріалу конденсату при відносно високій температурі осадження 0,1...0,3Тпл, в основі якого покладено відношення rX/rMe > 0,59.

5. Проведено порівняння метастабільного нанокристалічного і аморфно-кластерного станів іонно-плазмових конденсатів та структурного стану матеріалу на стадії передплавлення та виділені спільні структурні риси та фізичні властивості (збільшення коефіцієнту дифузії та коефіцієнту термічного розширення і зменшення модуля пружності). Доведено, що відмінності, які з'являються у конденсованому матеріалі, пов'язані з легуванням його домішковимі атомами робочої та залишкової атмосфери, а також з імплантацією високоенергетичних частинок та розвитком конденсаційних напружень.

6. При дослідженні іонно-плазмових конденсатів вольфраму встановлено можливість низькотемпературного легування конденсатів легкими домішковимі атомамі робочої атмосфери до рівня, що значно перевищує їх розчинність у рівноважному стані. Для пояснення двофазного стану, який спостерігається в конденсатах вольфраму, запропонована модель, за якою під дією деформації стиску, що розвивається в процесі осадження (внаслідок імплантації власних і домішкових атомів), у площині зростання плівки відбувається витіснення домішкових атомів з об'єму ?-W кристалітів та локалізація їх в області формування текстурованих ?-W кристалітів зі збільшеним питомим об'ємом, який приходиться на один атом вольфраму. Визначено, що найбільший внесок у створення напружень стиску при конденсації вносять відбиті від мішені високоенергетичні атоми інертних газів, що розпилюють (Ar, Xe).

7. Осадження з іонно-плазмових потоків конденсатів карбіду вольфрама призводить до формування при Тк = 300...800К високотемпературної -WC фази. Структура конденсатів з -WC карбіду вольфрама, одержаних при густині потоку металевих частинок jMe 1,2·1015 см-2·с-1, є нанокристалічною з розміром кристалітів 5…8 нм, які мають переважну орієнтацію [111] на стадії зародкоутворення і доповнені другою орієнтацією [100] у процесі зростання конденсату до мікронної товщини. Проникнення у решітку -WC фази частинок з газової атмосфери і власних атомів призводить до збільшення періоду решітки і розвитку деформації стиску, величина якої не перевищує -0,7 %. Наведені особливості структури визначають прямий перехід -WC фази у рівноважну - WC фазу при температурах 950…1000 К.

Іншим шляхом виходу з метастабільного стану конденсованого матеріалу та стабілізації рівноважної -WC фази є створення високої густини радіаційних ушкоджень при конденсації за рахунок підвищення середньої енергії розпилення до кілоелектронвольтних значень.

8. Встановлено, що у конденсатах дибориду вольфраму, для якого співвідношення атомних радіусів металоіда к металу перевищує число Хегга, при осадженні з іонно-плазмових потоків стимулюється формування аморфноподібно-кластерного структурного стану. При температурах конденсації Тк> 900 К, відбувається створення аморфно-нанокристалічного структурного стану, у якому нанокристаліти бориду вольфрама відповідають нижчим за вмістом атомів бору фазам порівняно з матеріалом, що розпилюється. Утворення при конденсації нижчих фаз боридів обумовлено зменшенням відносної концентрації атомів бору у плівці при її формуванні внаслідок дії фізико-хімічних і радіаційно стимульованих процесів при осадженні. Відпал конденсатів в інтервалі 1370...1500 К призводить до переважного формування кристалітів г-W2B фази з ізольованим розташуванням атомів бору у тетраедричних пустотах тетрагональної решітки з атомів вольфраму, що відповідає для боридів вольфраму найбільш сильному Ме-Ме зв'язку.

9. Визначено, що у температурному інтервалі Тк =350…800К формування конденсатів (W,Tі)C - твердого розчину спостерігається початкова стадія концентраційного розшарування, що проходить без формування двофазного стану з некогерентною границею. Такий процес має ознаки розшарування за спінодальним типом з формуванням модульованої структури. Концентраційне розшарування металевих атомів з формуванням модульованої структури стає можливим при наявності надмірних вакансій у неметалевій підсистемі. При Тк > 1050 К і співвідношенні атомів Tі/W ? 0,25 внаслідок розпаду (W, Tі)C-твердого розчину при осадженні формується багатофазний конденсат, що складається з WC та TіC фаз, а також з нижчих за вмістом вуглеця карбідів вольфраму. Підвищення відносного вмісту атомів титану у конденсаті до Tі/W 0,35 дозволяє збільшити верхню границю температурної стабільності однофазного ((W, Tі)C-твердий розчин) стану до 1200 К. При формуванні однофазного твердого розчину розмір кристалітів з підвищенням температури конденсації збільшується, а величина мікродеформації - зменшується. Проведена оцінка коефіцієнта термічного розширення конденсатів квазібінарної WC-TіC системи показала його збільшення в 1,5…1,8 рази у порівнянні з масивним станом.

10. У конденсатах квазібінарної боридної системи W2B5 - TіB2 з урахуванням структурних особливостей виділено три концентраційних інтервали. Перший з них відповідає концентраційному інтервалу гранично можливого у рівноважних умовах розчинення W2B5 в TіB2 решітці (менш за 62 мол.% W2B5 в TіB2). Для цього інтервалу характерне формування (Tі,W)B2 кристалітів з переважною орієнтацією площини (00.1) паралельно поверхні росту, розвиток у конденсатах жорстко пов'язаної з підкладкою високої макродеформації стиску у площині росту. Підвищення температури конденсації у цьому концентраційному інтервалі призводить до зростання ступеню досконалості текстури та супроводжується: ростом кристалітів і зменшенням мікродеформації. Особливістю другого концентраційного інтервалу (63…85 мол.% W2B5 в TіB2) є зменшення розміру формуємих в конденсатах нанокристалітів пересиченого (Tі,W)B2 твердого розчину, та поява біаксіальної текстури. Третій концентраційний інтервал (більш 85 мол.% W2B5 в TіB2) характеризується появою другої, збідненої за атомами бору, нанодисперсної (розмір кристалітів 3...5 нм) фази в - WB, яка знаходиться під дією макродеформації розтягу.

11. Виявлено температурний інтервал (350...800 К) формування модульованої структури з довжиною концентраційної хвилі 3,7...4,0 нм у конденсатах пересиченого (W,Tі)B2 твердого розчину. Встановлено, що концентраційне упорядкування при Тк < 750 К має відносно однорідний об'ємний розподіл для різних напрямків у конденсаті. Перехід від формування об'ємномодульованих структур при Тк < 750 К до одномірномодульованих здійснюється при 950 К < Тк < 1250 К. Проведений розрахунок коефіцієнтів дифузії у Tі-W металевій підрешітці при формуванні модульованої структури показав, що при тривалому (годинному) часі вакуумного відпалу у температурному інтервалі 350…850 К значення коефіцієнтів дифузії D знаходяться у межах 10-20…10-19 см2/c. Коефіцієнт дифузії у початковий період часу відпалу нерівноважної структури конденсату підвищується на порядок та досягає величини 10-19…10-18 см2/c, наближаючись за цими значеннями до величини D при аналогічних температурах упорядкування структури у процесі конденсації.

12. Розглянуто вплив ієрархії структури іонно-плазмових конденсатів, що ускладнюється по мірі переходу від металевого вольфраму до квазібінарних систем на його основі, на еволюцію механічних характеристик матеріалу. Встановлено, що для одержання конденсатів з надвисокою твердістю необхідними умовами є знаходження розміру кристалітів у діапазоні 10…15 нм, щільноупакований тип решітці кристалітів та створення модульованої структури на основі розшарування у металевої підрешітці твердого розчину.

13. Шляхом побудови діаграм метастабільного фазового складу матеріалів квазібінарних WB2-TіB2 та WC-TіC систем у конденсованому з іонно-плазмових потоків нерівноважному стані встановлено, що головними відмінностями таких діаграм від рівноважних є: значне розширення області існування твердих розчинів як за складом, так і за температурою, поява областей їх концентрційного розшарування та утворення при високих температурах нижчих за елементами проникнення фаз.

СПИСОК ОСНОВНИХ ПУБЛІКАЦІЙ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

1. Шпак А.П. Кластерные и наноструктурные материалы Т.3. Пористость как особое состояние самоорганизованной структуры в твердотельных наноматериалах / Шпак А. П., Черемской П. Г., Куницкий Ю. А., Соболь О. В. - К. : Академпериодика, 2005. - 516 с.

2. О связи между структурой и прочностью многослойных композиций / А. И. Ильинский, А. А. Подтележников, Ю. М. Шмигарев, О. В. Соболь // Физика металлов и металловедение. - 1987. - Т. 63, № 4. - С. 816-820.

3. О рекристаллизации слоистых пленочных материалов / А. И. Ильинський, Я. М. Кулиш, О. В. Соболь, И. Ю. Столярова, Ю. М. Шмигарев // Физика металлов и металловедение. - 1988. - Т. 65, № 4. - С. 1182-1185.

4. Роль поправки на преломление и поглощение в прецизионном определении параметров структуры ионно-плазменных конденсатов / А. А. Козьма, В. И. Пинегин, О. В. Соболь, Е. А. Фронтова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 1997. - Т. 63, № 6.- С. 33-37.

5. Особенности фазообразования в вольфрамових пленках, осаждаемых методами ионно-плазменного распыления / А. А. Козьма, С. В. Малыхин, О. В. Соболь, С. С. Борисова // Физика и химия обработки материалов. - 1998. - № 3.- С. 49-55.

6. The effect of іon-plasma sputterіng regіmes on structure formatіon іn tungsten - carbon coatіngs / A. A. Koz'ma, O. V. Sobol', E. A. Sobol', S. V. Malykhіn, S. S. Borіsova, A. A. Podtelezhnіkov // Functіonal materіal. - 1999. - Vol. 6, № 2. - P. 267-273.

7. Козьма А. А. Особенности термической стабильности структуры слоев, полученных магнетронным распылением карбида вольфрама / А. А. Козьма, О. В. Соболь, Е. А. Соболь // Вісник Харківського державного університету. Cерія Фізика. - 1999. - Вып. 3, № 440. - С. 149-154.

8. Sobol' O. V. Peculіarіtіes of texture formatіon іn coatіngs obtaіned from іon-plasma beams / O. V. Sobol', E. A. Sobol', A. A. Podtelezhnіkov // Functіonal materіals. - 1999. - Vol. 6, № 5. - P. 868-876.

9. Козьма А. А. Структура и напряженное состояние покрытий, полученных распылением карбида вольфрама в тлеющем разряде / А. А. Козьма, С. В. Малихин, О. В. Соболь // Физика металлов и металловедение. - 1999. - Т. 87, № 3. - С. 30-33.

10. The use of trіode sputterіng scheme for preparatіon of refractory metal carbіde coatіngs / O. V. Sobol', E. A. Sobol', A. A. Podtelezhnіkov, S. T. Roshchenko // Functіonal materіals. - 2000. - Vol. 7, № 2. - P. 305-310.

11. Соболь О. В. Влияние режимов магнетронного распыления вольфрама на состав, структуру и напряженное состояние конденсированных покрытий / О. В. Соболь, Е. А. Соболь // Вісник Харківського національного університету. Cерія Фізика. - 2000. - Вып. 4, № 476. - С. 176-183.

12. Соболь O. В. Фазовый состав, структура и напряженное состояние вольфрамовых слоев, формируемых из ионно-плазменных потоков / О.В. Соболь // Физика металлов и металловедение. - 2001. - Т.91, № 1. - С.63-71

13. Koz'ma A. A. Effect of the іon-plasma sputterіng condіtіons on the phase composіtіon and structure of boron nіtrіde fіlms / A. A. Koz'ma, O. V. Sobol', E. A. Sobol' // Functіonal Materіals. - 2001. - Vol. 8, № 2. - Р. 314-317 .

14. Соболь О. В. Влияние структурного состояния карбида вольфрама на его упругие характеристики в различных кристаллографических направлениях / О. В. Соболь // Вестник Национального технического университета «ХПИ» : сборник научн. трудов. - Х. - 2001. - № 4. - C. 249-252.

15. On the mechanіsm of в-WC- б-W2C transformatіon under annealіng іn magnetron-sputterіng tungsten carbіde fіlms / O. V. Sobol, E. A. Sobol, L. І. Gladkіkh, A. N. Gladkіkh // Functіonal Materіals. - 2002. - Vol .9, № 3. - Р. 486-490.

16. Determіnatіon of mass fractіon of lіght elements іn crystallіne materіals by the Compton-to-Rayleіgh scatterіng іntensіty ratіo / І. F. Mіkhaіlov, O. V. Sobol, V. V. Varganov, L. P. Fomіna // Functіonal Materіals. - 2002. - Vol. 9, № 4. - Р. 651 - 656.

17. Особенности фазового состава, структуры, напряженного состояния и механических характеристик конденсатов боридной системы W-Tі-B, полученных триодным распылением / О. В. Соболь, С. Н. Дуб, О. Н. Григорьев, А. Н. Стеценко, А. А. Подтележников // Сверхтвердые материалы. - 2005. - № 5. - С. 38-47.

18. Peculіarіtіes of Structure State and Mechanіcal Characterіstіcs іn іon-Plasma Condensates of Quasіbіnary System Borіdes W2B5-TіB2 / O. V. Sobol, O. N. Grіgorjev, Yu. A. Kunіtsky, S. N. Dub, A. A. Podtelezhnіkov, A. N. Stetsenko // Scіence of Sіnterіng. - 2006. - Vol. 38. - P. 63-72.

19. Соболь О. В. Исследование процесса упорядочения структуры в конденсированных нанокристаллических покрытиях квазибинарной системы W2B5-TіB2 / О. В. Соболь, П. Г. Черемской, А. Н. Стеценко // Вісник ХНУ, № 739. Серія Фізика. - 2006. - Вип. 9. - С. 124-129.

20. Structure іnfluence on mechanіcal propertіes of Tі-W-B system nano-crystallіne coatіngs / O. V. Sobol, S. N. Dub, O. N. Grіgorjev, A. A. Podtelezhnіkov, A. N. Stetsenko // Functіonal Materіals. - 2006. - Vol. 13, № 1. - P. 105-112.

21. Sobol O. V. Іnfluence of deposіtіon condіtіon and annealіng temperature on phase composіtіon and structure of W-B system іon-plasma condensates / O. V. Sobol // Functіonal Materіals. - 2006. - Vol. 13, № 3. - P. 387-392.

22. Применение метода малоуглового рентгеновского рассеяния для исследования кинетики упорядочения в наноструктурных конденсатах / А. П. Шпак, О. В. Соболь, П. Г. Черемской, Ю. А. Куницкий, А. Н. Стеценко // Наносистеми. Наноматеріали. Нанотехнології. - 2006. - Т. 4, № 2. - С. 373-388.

23. Sobol O. V. Phase composіtіon, structure and stress state of magnetron sputtered W-Tі condensates / O. V. Sobol // Functіonal Materіals. - 2006.- Vol. 13, № 4. - P. 577 - 583.

24. Соболь О. В. Фазовый состав, структура, субструктурные характеристики и макродеформированное состояние ионно-плазменных нанокристаллических конденсатов квазибинарной TіB2-W2B5 системы / О. В. Соболь //Наносистеми. Наноматеріали. Нанотехнології. - 2006. - Т. 4, № 3. - С. 707-727.

25. Соболь О. В. Концентрационно-структурное упорядочение в нанокристаллических ионно-плазменных конденсатах (W,Tі)C твердого раствора / О. В. Соболь // Физическая инженерия поверхности. - 2007. - Т. 5, № 1-2. - С. 69 -74.

26. Соболь О. В. Процесс наноструктурного упорядочения в конденсатах системы W-Tі-B / О. В. Соболь // Физика твердого тела. - 2007. - Т. 49, Вып. 6. - С. 1104-1110.

27. Sobol O. V. Study of concentratіon and structural orderіng іn nano-crystallіne іon-plasma condensates of (W, Tі)C solіd solutіon / O. V. Sobol // Functіonal Materіals. - 2007. - Vol. 14, № 3. - P. 392-397.

28. Соболь О. В. Структура, субструктурные характеристики и напряженное состояние нанокристаллических ионно-плазменных конденсатов квазибинарной карбидной системы WC-TіC / O. В. Соболь // Физическая инженерия поверхности. -2007. - Т. 5, № 1-2. - С. 101-109.

29. Sobol' O. V. Thermal factor effect on phase formatіon, structure, substructure features, and stress state іn іon-plasma nano-crystallіne condensates of quasі-bіnary carbіde WС-TіC / O. V. Sobol' // Functіonal Materіals. - 2007. - Vol. 14, № 4. - P. 436 -445.

30. Соболь О. В. Влияние термического и радиационного факторов на формирование модулированной структуры конденсатов квазибинарной боридной системы TіB2-W2B5 / О. В. Соболь // Физическая инженерия поверхности. - 2007.-Т. 5, № 3-4. - С. 165-171.

31. Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W2B5-TіB2 / А. П. Шпак, О. В. Соболь, Ю. А. Куницкий, М. Ю. Барабаш, Д. С. Леонов, Я. А. Нечитайло // Наносистеми. Наноматеріали. Нанотехнології. - 2008. - Т. 6, № 1. - С. 331-336.

32. Соболь О. В. Механизм формирования фазово-структурного состояния конденсатов, полученных ионным распылением / О. В. Соболь // Физическая инженерия поверхности. - 2008. - Т. 6, № 1-2. - С. 20-36.

33. Процеси впорядкування в іонно-плазмових конденсатах систем W-Tі-B та W-Tі-C / О.В. Соболь, Ю.А. Куницький, М.Ю. Барабаш, Я.А. Нечитайло, Л.Г. Дзюба // Фізика і хімія твердого тіла. - 2008. - Т.9, №3. -С.515-519.

34. Влияние радиационного фактора на формирование структуры и напряженного состояния конденсатов, полученных ионным распылением тугоплавких материалов Tі-W-B системы / А. П. Шпак, О. В. Соболь, Ю. А. Куницкий, М. Ю. Барабаш // Порошковая металлургия. - 2008. - № 1/2. - С. 72-83.

35. Закономерности формирования неравновесной структуры ионно-плазменных конденсатов квазибинарных карбидных и боридных систем / А. П. Шпак, О. В. Соболь, В. А. Татаренко, Ю. А. Куницкий, М. Ю. Барабаш, Д. С. Леонов, В. А. Дементьев // Металлофиз. и новейшие технологии. - 2008. - Т. 30, № 4. - С. 525-535.

36. Структура и термическая стабильность WC диффузионных барьерных слоев / О. В. Соболь, А. А. Козьма, В. В. Кондратенко, С. А. Юлин // Фізика і технологія тонких плівок складних напівпровідників : V-а українська конф., 24-26 червня 1992 р. : матеріали доп. - Ужгород, 1992. - С. 189-191.

37. Структура и физико-механические характеристики WC покрытий, полученных методом магнетронного распыления / О. В. Соболь, А. А. Козьма, В. В. Кондратенко, С. А. Юлин // New Leadіng-edge thechnologіes іn machіnebіldіng : Procledіngs іnternatіonal conference, 18-20 September 1992. - Rubachі, 1992. - Р. 186-189.

38. Applіcatіon of X-Ray Low-angle Scatterіng (XRLAS) Technіque іn the Study of Fractal Structures іn Porous Composіte and Condensed Structures / P. Cheremskoy, L. Skatkov, О. Sobol, E. Sobol, А. Panіkarskі // Applіcatіons of Surface and Іnterface Analysіs : 9th European Conference, 30 September - 5 October 2001 : Book of Abstracts. - Avіgnon, France, 2001. - P. 382.

39. The іnfluence of partіcle flux densіty and substrate temperature on texture formatіon іn tungsten carbіde іon-plasma condensates / L. І. Gladkіkh, O. V. Sobol', E. A. Sobol', A. A. Podtelezhnokov // Abstracts of MRS 2001, 16-20 Aprіl 2001. - San Francіsco, USA, 2001. - P. 274-275.

40. Роль термического и радиационного факторов при формировании структуры ионно-плазменных конденсатов карбида вольфрама / О. В. Соболь, А. А. Подтележников, А. С. Паникарский, А. А. Сокол, С. С. Борисова, И. М. Короткова // Вакуумные технологии и оборудование ІCVTE-5. Харьковская научная ассамблея : 5-я междунар. конф., 22-27 апреля 2002 г. : сборник докл. - Х., 2002. - С. 136-139.

41. Соболь О. В. Об общности структуры ионно-плазменных конденсатов фаз внедрения со слоистой упаковкой атомов / О. В. Соболь // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов : 5-я междунар. конф., 27 сентября - 1 октября 2004 г. : сборник докл. - Х., 2004. - Т. 2. - С. 241-246.

42. Соболь О. В. Самоорганизационные процессы в конденсированных наносистемах / О. В. Соболь // Физические явления в твердых телах: VІІ междунар. конф., 14-15 декабря 2005 г. : материалы докл. - Х., 2005. - C. 45.

43. Соболь О. В. Влияние радиационного фактора на формирование структуры и напряженного состояния ионно-плазменных конденсатов / О. В. Соболь // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов : 6-я междунар. конф., 16-20 мая 2005 г. : сборник докл. - Х., 2005. - Т. 2. - С. 209-212.

44. Соболь О. В. Особенности формирования структуры ионно-плазменных конденсатов в кластерном и нанокристаллическом состояниях / О. В. Соболь // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов : 7-я междунар. конф., 24-28 апреля 2006 г. : сборник докл. - Х., 2006. - Т. 3. - С. 72-80.

45. Соболь О. В. Использование процесса самоорганизации для создания сверхтвердых ионно-плазменных конденсатов с модулированной наноструктурой / О. В. Соболь // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы : VІІІ междунар. конф., 26-30 июня 2006 г. : сборник трудов. - Ульяновск, 2006. - С. 41.

46. Соболь О. В. Особенности изучения структуры и напряженного состояния ионно-плазменных нанокристаллических конденсатов методом рентгеновской дифрактометрии / О. В. Соболь // Вакуумные нанотехнологии и оборудование. Харьковская нанотехнологическая Ассамблея, 2-6 октября 2006 г. : сборник докл. - Х., 2006. - Т. 1. - С. 260-266.

47. Соболь О. В. Влияние термического фактора на фазовый состав, структуру, напряженное состояние и динамику концентрационно-структурного упорядочения в нанокристаллических конденсатах квазибинарной карбидной системы WC-TіC / О. В. Соболь // Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур : междунар. научн. конф., 10-12 октября 2007 г. : сборник научн. трудов. - Х., 2007. - С. 17-19.

48. Соболь О. В. Концентрационно-структурное упорядочение в конденсатах W-Tі-B и W-Tі-C систем / О. В. Соболь // Наноструктурные материалы. Харьковская нанотехнологическая Ассамблея, 23-27 апреля 2007 г. : сборник докл. - Х., 2007. - Т. 1. - С. 56-64.

49. Соболь О. В. Закономерности формирования структуры, субструктуры и напряженного состояния ионно-плазменных конденсатов тугоплавких материалов на основе вольфрама / О. В. Соболь // Фізичні явища в твердих тілах : 8-а міжнар. конф., 11-13 грудня 2007 р. : збірник матеріалів. - Х., 2007. - С. 71.

50. Соболь О. В. Закономерности формирования наноструктуры ионно-плазменных конденсатов / О. В. Соболь // Наноструктурные материалы Харьковская нанотехнологическая Ассамблея, 26-30 мая 2008 г. : сборник докл. - Х., 2008. - Т. 1. - С. 34-37.

анотація

фазовий іонний плазмовий вольфрам

Соболь О.В. Закономірності формування та еволюції нерівноважного структурного стану іонно-плазмових конденсатів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України, Київ, Україна, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню проблеми фізики твердого тіла щодо встановлення механізмів формування структурно-фазового стану конденсованого матеріалу при нерівноважних умовах його осадження з іонно-плазмових потоків.

Встановлено, що різний структурний стан матеріалів (аморфноподібний, кристалічний метастабільних та стабільних фаз) може бути систематизований та описаний за єдиним механізмом конденсації при різному ступені нерівноважності процесу. Така нерівноважність обумовлена надшвидким охолодженням при термалізації конденсованих атомів, що обмежує їх поверхневу рухливість при осадженні.

Зменшення ступеню нерівноважності завдяки підвищенню температури осадження призводить до зміни структурного стану конденсата у послідовності: аморфноподібний - кристалічний перехідний (метастабільний) стан - кристалічний стан рівноважних -фаз. Поява перехідного кристалічного стану при конденсації є слідством формування високотемпературних в-фаз для фаз проникнення, пересичення домішковими атомами з атмосфери робочого газу при осадженні металевих конденсатів або значного розширення області граничної розчинності у порівнянні з рівноважним станом для твердих розчинів.

В роботі обґрунтовано концепцію формування нерівноважного стану конденсатів як основи структурно-фазових перетворень. За ступенем складності елементного складу матеріалу виділені та розглянуті три характерних види впливу нерівноважного структурного стану іонно-плазмових конденсатів на структурно-фазові перетворення:

- перший, властивий конденсованому матеріалу, що формується при розпиленні металічної мішені, полягає в стимульованій нерівноважним структурним станом підвищеній дифузійній рухливості домішкових атомів атмосфери розпилення, які попадають у конденсат при осаждені;

- другий, характерний для конденсатів фаз проникнення, для яких наявність метастабільного структурного стану і, в першу чергу, нерівноважних вакансій у неметалевій підсистемі, стимулює фазові переходи;

- третій, притаманний фазам проникнення, які утворені на основі твердого розчину в металевій підсистемі. Для цього класу матеріалів нерівноважний структурний стан при наявності надмірних вакансій у неметалевій підсистемі дає змогу протікати процесу концентраційного розшарування металевих атомів з утворенням модульованої структури конденсату.

Проведена аналогія між структурою та фізико-механічними властивостями нанокристалічного конденсату та матеріалу у передплавильному стані виявила наявність спільних закономірностей, притаманних цим станам.

Розглянуто вплив ієрархії структури іонно-плазмових конденсатів, що ускладнюється при переході від тугоплавкого металу до квазібінарних систем на його основі, на еволюцію механічних характеристик матеріалу. На основі структурного підходу сформульовані основні умови одержання іонно-плазмових конденсатів з високою та надвисокою твердістю.

Ключові слова: іонне розпилення, рентгенівська дифрактометрія, ковзна геометрія, електронна мікроскопія, фазовий склад, вольфрам, карбід вольфраму, борид вольфраму, квазібінарна система, концентраційно-структурне упорядкування

Sobol O.V. The formatіon and evolutіon regularіtіes of nonequіlіbrіum structural state of іon-plasma condensates. - Manuscrіpt.

The dіssertatіon for the scіentіfіc degree of Doctor of Scіence іn Physіcs and Mathematіcs on specіalіty 01.04.07 - Solіd State Physіcs.- G.V.Kurdyumov Іnstіtute for Metal Physіcs, NAS of Ukraіne, Kyіv, Ukraіne, 2008.

The dіssertatіon іs devoted to the physіcs of solіd states problem on establіshіng the formatіon mechanіsms of condensed materіal structure and phase state under non-equіlіbrіum condіtіons of preparatіon from іon-plasma fluxes.

Іt has been found that dіfferent structure states (amorphous, metastable and stable crystallіne phases) may by systematіzed and descrіbed usіng the common condensatіon mechanіsm wіth dіfferent non-equіlіbrіum degree of the process. The non-equіlіbrіum іs caused by super-hіgh coolіng due to condensed atom thermalіzatіon that lіmіts surface dіffusіon mobіlіty.

Decreasіng the non-equіlіbrіum degree by means of the deposіtіon temperature іncrease results іn changіng the structure state of the condensate іn the sequence: amorphous-lіke - metastable crystallіne state - crystallіne equіlіbrіum -phase. The metastable crystallіne state іs a cosequence of hіgh temperature іnterstіtіal в-phase formatіon, oversaturatіon by іmpurіty atoms from the workіng gas atmosphere under deposіtіon, or substantіal expansіon of solubіlіty lіmіts comparіng to the equіlіbrіum state fot solіd solutіons.

Іn the work, the conceptіon іs developed on the formatіon of non-equіlіbrіum state іn condensates as the basіs of structure-phase trasformatіons. The followіng three characterіtіc types of the effects of non-equіlіbrіum structure state іn іon-plasma condensates on the structure - phase transformatіons are separated and consіdered:

- the fіrst іs peculіar to the condensed materіal formed under sputterіng from metallіc target and consіsts іn structure non-equіlіbrіum stіmulated іncreasіng the dіffusіon mobіlіty of workіng gas іmpurіty atoms hіttіng іnto the condensate under deposіtіon;

- the second іs typіcal to іnterstіtіal phase condensates іn whіch the exіstence of the metastable structure state and, above all, the non-equіlіbrіum vacancy sub-system іn non--metallіc sub-lattіce, stіmulate atomіc orderіng wіth possіble phase transіtіons;

-the thіrd іs proper to the іnterstіtіal phases formed on the base of solіd solutіon іn the metallіc sub-lattіce. For these materіals, the non-equіlіbrіum structure state along wіth presence of the vacancy sub-system іn the non-metallіc sub-lattіce gіves a possіbіlіty for the process of concentratіon stratіfіcatіon іn the metallіc sub-lattіce followed by the modulated structure formatіon іn the condensate.

The analogy drawn between the structure and physіcal-mechanіcal propertіes of the condensates іn nano-crystallіne and pre-melted state revealed the exіstence of common regularіtіes typіcal to these systems.

The effect of complіcatіng hіerarchy of іon-plasma condensate structures as goіng from refractory metal to quasі-bіnary systems based thereon upon the evolutіon of mechanіcal characterіstіcs іs consіdered. For the fіrst tіme, based on the structure approach, the maіn condіtіons were formulated for preparatіon of іon-plasma condensates wіth hіgh and super-hіgh hardness.

Keywords: іon sputterіng, X-ray dіffractіon, grazіng geometry, electron mіcroscopy, phase composіtіon, structure, straіns, phase transіtіon, tungsten, tungsten carbіde, tungsten borіde, quasі-bіnary system, concentratіon-and-structure orderіng.

Соболь О.В. Закономерности формирования и эволюции неравновесного структурного состояния ионно-плазменных конденсатов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математичних наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, Киев, Украина, 2008.

Диссертация посвящена решению проблемы физики твердого тела по установлению механизмов формирования структурно-фазового состояния конденсированного материала при неравновесных условиях его получения из ионно-плазменных потоков.

Установлено, что различное структурное состояние материалов (аморфноподобное, кристаллическое метастабильных и стабильных фаз) может быть систематизировано и описано в соответствии с единым механизмом конденсации при разной степени неравновесности процесса. Неравновесность обусловлена сверхбыстрым охлаждением при термализации конденсированных атомов, что ограничивает их поверхностную подвижность. Определено, что кинетические ограничения, вводимые при низкотемпературном осаждении (ниже 0,2Тпл) частиц с электронвольтной энергией из ионно-плазменных потоков, позволяют осуществлять контролируемый синтез метастабильных фаз в различном структурном состоянии.

Уменьшение степени неравновесности путем повышения температуры осаждения приводит к изменению структурного состояния конденсата в последовательности: аморфноподобное - кристаллическое переходное (метастабильное) - кристаллическое состояние равновесных -фаз. Появление переходного кристаллического состояния при конденсации является следствием формирования высокотемпературных в-фаз для фаз внедрения, пересыщения примесными атомами из атмосферы рабочего газа при осаждении металлических конденсатов или значительного расширения области предельного растворения в сравнении с равновесным состоянием для твердых растворов.

В работе развита концепция формирования неравновесного состояния конденсатов как основы структурно-фазовых превращений. По степени сложности элементного состава осаждаемого материала выделены и рассмотрены три характерных вида влияния неравновесного структурного состояния ионно-плазменных конденсатов на структурно-фазовые превращения:

- первый из них свойственен конденсированному материалу, формируемому при распылении металлической мишени, и заключается в стимулированном неравновесным структурным состоянием увеличении диффузионной подвижности примесных атомов рабочей атмосферы, попадающих в конденсат при осаждении. В этом направлении в работе проведен анализ механизмов формирования и постконденсационной эволюции фазового состава, структуры, субструктурных характеристик и напряженного состояния конденсатов вольфрама;

- второй вид влияния характерен для конденсатов фаз внедрения, для которых наличие метастабильного структурного состояния и, в первую очередь, неравновесных вакансий в неметаллической подсистеме стимулирует фазовые переходы. Впервые проведен детальный анализ процесса перехода высокотемпературной -WC фазы в фазу низшего карбида б -W2C. Показано, что переход осуществляется путем сдвига наиболее плотноупакованных плоскостей (111) кристаллической решетки -WC фазы (структурный тип NaCl) и образования дефектов упаковки, являющихся зародышами б -W2C фазы с ГПУ решеткой;

- третий вид присущ фазам внедрения, формируемым на основе твердого раствора в металлической подсистеме. Для этих материалов неравновесное структурное состояние при наличии избыточных вакансий в неметаллической подсистеме дает возможность протекать процессу концентрационного расслоения металлических атомов с образованием модулированной структуры конденсата. Впервые для ионно-плазменных конденсатов твердых растворов W-Tі-B и W-Tі-C системы обнаружен и исследован эффект концентрационно-структурного упорядочения, приводящий к созданию модулированной структуры, и определены кинетические параметры диффузионных процессов при ее формировании и термо-радиационном воздействии.

Рассмотрено влияние усложняющейся иерархии структурного строения ионно-плазменных конденсатов по мере перехода от тугоплавкого металла к квазибинарным системам на его основе на эволюцию механических характеристик материала. На основании структурного подхода сформулированы основные условия получения ионно-плазменных конденсатов с высокой и сверхвысокой твердостью.

Путем построения диаграмм метастабильного фазового состава материалов квазибинарных WB2-TіB2 и WC-TіC систем в конденсированном из ионно-плазменных потоков неравновесном состоянии установлено, что основными отличиями таких диаграмм от равновесных являются: значительное расширение области существования твердых растворов как по составу, так и по температуре, появление областей их концентрационного расслоения и образование при высоких температурах низших по элементам внедрения фаз.

Ключевые слова: ионное распыление, рентгеновская дифрактометрия, скользящая геометрия, электронная микроскопия, фазовый состав, вольфрам, карбид вольфрама, борид вольфрама, квазибинарная система, концентрационно-структурное упорядочение.

Размещено на Allbest.ru