РОЗДІЛ 2
ВИБІР НАПРЯМКУ ДОСЛІДЖЕНЬ, УСТАТКУВАННЯ ТА МЕТОДИК
Як було зазначено у попередньому розділі, широке застосування у сучасній науці і техніці там, де необхідна емісія електронів з високою інтенсивністю та яскравістю, знайшли монокристали LaB6, але подальше поширення використання монокристалічного LaB6 часто обмежується значною його крихкістю. З цим недоліком можна боротися за рахунок створення композиційних матеріалів на основі гексабориду лантану, яким можуть бути притаманні більш високі механічні властивості, ніж утворюючим їх індивідуальним компонентам, зокрема такі, як міцність, тріщиностійкість та стійкість до теплового удару.
В останні роки матеріалознавча наука приділяє велику увагу проблемі створення композиційних матеріалів. Звичайно для конструкційних композиційних матеріалів у якості матричної фази використовуються достатньо пластичні компоненти, наприклад, металічні сплави, а в якості зміцнюючого компоненту - високомодульна керамічна або металічна фази. Але особливий інтерес представляють суто керамічні композиційні матеріали, до складу яких входять дві або більше неметалічні фази, тому що саме в таких матеріалах можливо збереження міцнісних властивостей при надвисоких температурах експлуатації (понад 2000 К). Існує декілька принципів, які можуть бути покладені в основу вибору складових фаз для таких композицій. З хімічної точки зору компоненти мають бути стабільними та не взаємодіяти при температурах експлуатації, з механічної - мають володіти визначеною морфологією та взаємним розташуванням часток.
Одним із найбільш ефективних структурних методів зміцнення конструкційних термостійких матеріалів є створення композитів з достатньо досконалою матричною фазою та рівномірно розповсюдженими в ній волокнами, або віскерами, другої високомодульної зміцнюючої фази. Для того, щоб максимально збільшити тріщиностійкість таких матеріалів, діаметри волокон повинні бути менше, ніж 1 мкм, при відношенні довжини до діаметру 20 і більше [14]. Важливу роль відіграють також рівномірність розподілу та однорідність зміцнюючих волокон, їх об'ємна частка, ступінь досконалості структури матриці, адгезія на границі волокно-матриця, а також фізичні характеристики фазових складових. Вище було відмічено, що армування волокнами для суто керамічних композиційних матеріалів можливе практично тільки шляхом спрямованої кристалізації евтектичних сплавів.
Наявність евтектичної взаємодії у квазібінарних системах LaB6 - MeB2 (де Ме - Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr) дозволила припустити можливість здійснення спрямованої кристалізації таких сплавів, в результаті якої можуть бути отримані композиційні матеріали на основі гексабориду лантану з поліпшеними фізико-механічними властивостями (міцністю та пластичністю). Тим самим забезпечиться реальна можливість вирішення одразу двох завдань: підвищення механічних характеристик емісійного матеріалу та створення нового класу самоармованих волокнисто зміцнених композиційних матеріалів з рівномірною дрібнокристалічною структурою. Крім того, великий інтерес викликає вивчення на прикладі квазібінарних систем LaB6 - MeB2 особливостей та встановлення закономірностей процесу спрямованої кристалізації, причому цей напрямок досліджень можна віднести до розробки основ прецизійної металургії тугоплавких сполук.
З огляду на значну хімічну активність боридів при температурі плавлення [7], найбільш прийнятним способом здійснення процесу спрямованої кристалізації є метод безтигельного зонного плавлення. Інтерес до вивчення процесів зонного плавлення тугоплавких металоподібних сполук виник уже досить давно у зв'язку з необхідністю одержання їх у вигляді чистих і досконалих монокристалів для визначення фундаментальних властивостей цих сполук (з метою виключення впливу на їх властивості дефектів та границь зерен) та подальшої можливості їх раціонального використання у сучасній техніці. Методи застосування процесів зонного плавлення для одержання монокристалів тугоплавких сполук інтенсивно розробляються та використовуються в ряді лабораторій світу [86-90] і, зокрема, в Інституті проблем матеріалознавства НАН України [91-92]. Окрім вирощування монокристалів, цей метод широко використовується для спрямованої кристалізації евтектичних сплавів [58-61].
Все це обумовило початок дослідження спрямованої кристалізації евтектичних сплавів боридів, зокрема вивчення особливостей росту і формування структури, та деяких механічних і фізичних властивостей квазібінарних сплавів LaB6 - MeIVB2.
Слід додатково відзначити, що більшість досліджень закономірностей формування структури композиційних матеріалів, отриманих спрямованою кристалізацією, було проведено для системи LaB6 - ZrB2 у зв'язку з тим, що саме з неї було розпочато дослідження матеріалів такого типу та саме для неї було отримано й найвищі механічні властивості. З'ясування фізичних засад, що це забезпечили, було одним з питань, що вирішувалося у роботі.
2.1. Устаткування та підготовка сировини для безтигельного зонного плавлення
Виготовлення сплавів на основі гексабориду лантану та гексаборидів деяких інших рідкісноземельних елементів (самарію, європію), а також на основі кальцію, з диборидами IV-VI груп Періодичної системи елементів виконувалося методом індукційного вертикального безтигельного зонного плавлення в середовищі нейтрального газу.
Процес спрямованої кристалізації здійснювався на спеціалізованій установці для зонного плавлення "Кристалл-111" (рис. 2.1), яка була розроблена і виготовлена Виробничим об'єднанням "Всеросійський науково-дослідний інститут струмів високої частоти" (ВО ВНДІ СВЧ), м. Санкт-Петербург, за
Рис.2.1. Загальний вигляд робочої камери установки "Кристалл-111" для зонного плавлення тугоплавких сполук
технічним завданням ІПМ НАН України у рамках Державної програми по забезпеченню Міністерства електронної промисловості СРСР термоемісійними елементами з монокристалічного LaB6 для вирощування монокристалів гексабориду лантану. Цю установку було створено на
- Київ+380960830922