Оглавление
2
Введение..................................................5
Раздел 1.
Ансамбли микропор в твердых телах и некоторые методические особенности их исследования.....................................16
Глава 1.1 Методические проблемы исследования пористости твердых тел.....................................................16
1.1.1. Рентгеновские методы исследования пористости в твердых телах..........................................................18
1.1.2. Применение метода протонного магнитного резонанса к исследованию порисгосги твердых тел............................31
1.1.3.0собенносги исследования пористости микроскопическими методами........................................................36
Глава 1.2. Ансамбли микропор в твердом теле (технологические микропоры)......................................................46
1.2.1. Поры в карбид-кремниевой (Б1С) керамике..............46
1.2.2. Поры в силикатной керамике...........................54
1.2.3. Поры в металлических аморфных сплавах (АС)...........60
Глава 1.3. Ансамбли микропор, возникающих при деформации
металлов.........................................................77
1.3.1. Особенности исследования пористости, возникающей при высокотемпературной ползучести металлов.............................78
1.3.2.Кинетика накопления порисгосги при высокотемпературной ползучесги..........................................................83
1.3.3. Максимальные значения поровых параметров при высокотемпературной Iюлзучести......................................94
3
Раздел 2.
Направленное изменение параметров ансамблей микропор в твердых телах.....................................................96
Глава 2.1. Общий подход к проблеме изменения параметров поровых ансамблей.................................................96
2.1.1. Анализ проблемы......................................96
2.1.2. Простейший случай изменения параметров ансамбля микропор (Металлические аморфные сплавы)..................................101
Глава 2.2. Влияние давления на параметры ансамблей микропор в твердых телах. Общий подход....................................109
2.2.1. Влияние давления на параметры микропор в
поликристаллических металлах. Эксперимент........................111
2.2.2. Влияние давления на параметры микропор в твердых телах. Расчет и анализ..................................................119
Глава 2.3. Влияние давления на параметры микропор в твердых телах. Конкретные случаи.........................................131
2.3.1. Влияние давления на микропоры в металлических аморфных сплавах..........................................................131
2.3.2. Влияние давления на микропоры в силикатной керамике 141
Раздел 3.
Пористость и прочностные свойства твердых тел..............148
Глава 3.1. Статистика ансамбля микропор и модель
формирования перенапряжений......................................148
3.1.1. Анализ поровых ансамблей и их эмпирическая связь с прочностью.......................................................148
3.1.2. Статистический анализ ансамбля микропор.............152
3.1.3. Модель формирования средних перенапряжений в ансамбле микропор.........................................................158
4
3.1.4. Модель формирования локальных перенапряжений в ансамбле микропор 162
Глава 3.2. Прочность хрупких и малопластичных материалов с
порами...........................................................165
3.2.1. Динамическая (баллистическая) прочность SiC керамики 166
3.2.2. Статическая прочность SiC керамики...................173
3.2.3. Прочность силикатной керамики. Модель изгибающих напряжений на кристаллитах........................................181
Глава 3.3. Прочность пластичных материалов с норами..........188
3.3.1. Прочность аморфных сплавов. Учет касательных перенапряжений....................................................188
3.3.2. Влияние пористости на высокотемпературную ползучесть поликристаллических металлов. Рост порисгосги.....................196
3.3.3. Влияние пористости на высокотемпературную ползучесть поликристаллических металлов. Уменьшение пористости...............202
Основные результаты работы................................ 212
Литература............................................... 214
Введение.
5
Прочность, то есть способность материала противостоять разрушению, является одним из важнейших свойств твердого тела.
Выявление физической природы прочности и факторов, ее определяющих, относится, поэтому, к числу наиболее актуальных проблем физики твердого тела. Решение этой проблемы имеет также важное практическое значение, поскольку является основой для разработки путей повышения прочности и прогнозирования разрушения материалов и изделий из них.
Анализ физической природы прочности реальных материалов в свое время показал, что ее низкие значения, по сравнению с очень высокой разрывной прочностью межатомных связей, (теоретической прочностью), обусловлены наличием в них различных дефектов. Эти дефекты являются концентраторами приложенных напряжений, повышающими их до уровня теоретических.
В этом смысле микропоры и микротрещины являются наиболее опасными дефектами. Существенно, что они в то же время присущи всем твердым телам с разными типами межатомных связей, находящимся в аморфном, кристаллическом и аморфно-кристаллическом состоянии.
Кще в работах А.Л.Гриффитса, А.Ф. Иоффе и ряда других авторов было показано, что даже одиночные дефекты такого типа способны существенно снижать прочность твердых тел [1-9] В настоящее время надежно установлено, что в твердых телах возможно формирование сложных ансамблей микротрещин и микропор, характеризующихся широким распределением по размерам, форме, структурной локализации. Экспериментальное исследование этих ансамблей, а также анализ влияния их параметров на прочность твердых тел является весьма сложной задачей.
6
Поэтому ряд важнейших вопросов, таких, как выяснение механизма взаимодействия микропор в ансамблях, учет их структурной локализации и эволюции до сих пор изучен недостаточно.
Б сущности, проблема сводится к двум вопросам - как прочностные свойства твердых тел связаны с пористостью и какова природа этой связи.
Решению первой части проблемы посвящены многочисленные исследования [10-24] при этом их характерной особенностью является то, что главной задачей авторов было выявление зависимости некоторых прочностных характеристик (прочности, твердости, модуля упругости и т.д.) от величины пористости и нахождение наиболее точной аппроксимирующей эту зависимость функции. В результате па сегодняшний день имеется большое количество описывающих эту связь зависимостей, подробный анализ которых проведен, например, в [10,12,25,26].
Основные выводы, которые можно сделать на основании этого анализа заключаются в следующем. Во-первых, эти зависимости имеют, как правило, узкий диапазон применимости, то есть, они могуг неплохо описывать искомую связь прочностных свойств с пористостью, но для каких-то определенных материалов, диапазонов пористости, прочпосгных характеристик. Во-вторых, как отмечено в [10,12,25,26], они носят чисто эмпирический характер, то есть в них не заложен определенный механизм влияния пор на прочность и разрушение материалов.
Однако, что не менее важно, в этих работах постоянно используются некоторые положения, которые с неизбежностью ограничивают их применимость. В первую очередь, это использование самого понятия пористость. Во всех случаях анализируется связь свойств с величиной полного объема пор в единице объема материала, что и называется пористостью. А, как уже отмечалось, во многих реальных материалах поры имеют весьма широкие распределения по размерам, форме, ориентации. Помимо этого,
поры разных фракций имеют, как правило, различную структурную локализацию и, в связи с этим, мо1ут вносить разный вклад в формирование комплекса прочностных свойств материалов. В общем случае, какая-то часть порового ансамбля ответственна за прочностные свойства материалов и их разрушение, а какая-то часть практически не влияет па них.
Тем не менее, накоплен огромный экспериментальный материал [25-44], касающийся очень широкого круга материалов и воздействий, которые приводят к появлению пористости. Не вдаваясь в подробности, можно констатировать, что поры возникают при многих способах изготовления конкретного материала - электроосаждение, напыление, закалка, спекание, гидратация, литье и т.д. Поры возникают при облучении материалов, их деформации, эксплуатации в агрессивных средах и т.д. [26-44].
Все это дает основания считать, что микронесплошности являются характерным дефектом всех типов твердых тел, которые образуются как в процессе деформирования, так и в следствии технологических условий их получения и эксплуатации. То есть поры следует рассматривать как элемент дефектной структуры наряду с другими - точечными, линейными, объемными, которые формируют прочносгные свойства материала.
В связи с этим встает естественный вопрос о корректности выделения именно вклада пористости в формировании этих свойств. Суть этого вопроса заключается в создании материалов (образцов), в которых различался бы только один элемент дефекпюй структуры - пористость. Только при выполнении этого условия можно вполне корректно исследовать и анализировать связь прочностных свойств и пористости. К сожалению, этому вопросу не уделялось, на наш взгляд, достаточного внимания в большинстве проведенных исследований. Это является еще одним фактором, который осложняет анализ уже полученных закономерностей. Анализ ситуации показал, что создание таких наборов материалов (образцов) не является
очевидной экспериментальной процедурой - во многих случаях необходимо привлечение новых физических подходов и методов воздействия, то есть требуются серьезные исследования и анализ получаемых результатов.
Таким образом, выяснение вопроса о том, как связанны прочностные свойства твердых тел с их пористостью, являются вполне актуальной, но, во многих отношениях, не решенной проблемой.
Существенно, что большинство из рассмотренных закономерностей относятся к случаю хрупких или малопластичных материалов, для которых вопрос о развитии имеющихся пор не является актуальным.
Ситуация с пластичными материалами с порами, а также с материалами, в которых поры возникают в процессе их деформации, значительно сложнее. Любая попытка определить прочностные свойства таких материалов приводит к изменению параметров пористости за счет ее развития при тестирующем испытании. Анализ литературных данных показал, что в этом случае наиболее эффективным способом выявления роли пористости в формировании комплекса механических свойств материалов является изменение параметров ансамбля микропор за счет воздействий, которые принято называть восстановительными, регенирирующими или, что чаще, залечивающими [45-47].
Работ подобною типа не много, но они однозначно показывают, что и в случае пластичных материалов с порами и в случае деформационных пор, их залечивание приводит к улучшению механических свойств - уменьшению скорости ползучести, увеличению ресурса долговечности и, в ряде случаев, повышению прочности.
Теперь можно перейти к анализу второго вопроса - почему прочностные свойства твердых тел таким образом зависят от пористости, каков физический механизм этой связи. Учитывая существенную неопределенность в описании связи пористость -прочность целесообразно
9
ставить вопрос следующим образом - почему вообще существует такая связь? Очевидно, что наличие пор снижает живое сечение материала, что, в свою очередь, приводит к повышению среднего напряжения на образце. В ряде случаев такой эффект регистрируется [25,26]. Однако, более существенно, что даже одиночная пора является концентратором приложенных напряжений, у ее поверхности напряжения в ~ 3 раза выше приложенных [48]. У простейшей конфигурации пор, состоящей всего из двух элементов, уже возникают эффекты взаимодействия, заключающиеся в перекрытии полей напряжений. Однако, даже такая конфигурация с трудом поддается расчет}’ аналитическим методами. В случае сложного ансамбля пор возникают коллективные эффекты взаимодействия, практически не поддающиеся учету ни аналитическими, ни численными методами.
В связи с этим, учитывая то обстоятельство, что, наряду с величиной межатомной связи, любые дефекты структуры, в частности, микропоры, оказывают заметное влияние на прочностные свойства твердых тел, следует признать исследования в этой области вполне актуальными. Особенно, учитывая то обстоятельство, что многие вопросы, связанные с взаимодействием микропор в ансамбле, учетом их локализации, определением количественных параметров поровых ансамблей и так далее, до настоящего времени не решены. Безусловно, решение этих вопросов имеет большое научное и практическое значение.
В связи с этим, целью данной работы была разработка фундаментальной проблемы - в рамках единого подхода к порисгости, как элементу дефектной структуры материала, проведение исследования нано- и .микропористости, ее развития, залечивания и связи с механическими свойствами для разных типов твердых тел - аморфных, аморфнокристаллических, кристаллических.
10
Цель работы заключалась в выявлении закономерностей эволюции ансамблей микропор и их влияния на прочностные свойства аморфных, аморфно-кристаллических и кристаллических твердых тел
В соответствии с целыо работы решались следующие задачи
1. Определение параметров ансамблей микропор и их структурной
детерминированности в разных типах твердых тел.
2. Проведение направленного изменения параметров ансамблей микропор за счет термобарических воздействий и выяснение механизмов этих процессов.
3. Выявление влияния параметров ансамблей микропор и их структурной детерминированности на прочносгь твердых тел.
Объекты исследования (материалы).
Исходя из цели работы выбор объектов исследования (материалов) определялся следующими обстоятельствами:
1. Возможность исследования максимально различных по сложности и аруктуре ансамблей микропор - от просгейших в аморфных сплавах до многоуровневых с широким распределением пор по размерам в силикатной керамике.
2. Выявление влияния типа связей, типа сгруктуры и степени пластичности на прочность твердого тела с порами
3. Практической важносгью этих материалов.
4. Возможностью исследования как технологической пористости (керамики, аморфные сплавы), так и деформационной (высокотемпературная ползучесгь меди и никеля).
11
Апробация работы.
По материалам диссертации сделаны доклады на I Всесоюзном Симпозиуме «Механика и физика разрушения композиционных материалов» (Ужгород, 1988), Sborn. Predn. V Metalografice CSVTS, VUZ (Bratislava - Vysoke Tarty, 1989), Всесоюзных конференциях «Физика прочности и пластичности металлов и сплавов» (XI - Куйбышев, 1986, XII -Куйбышев, 1989), VI Всесоюзной конференции Физика разрушения (Киев, 1989), Euromech 303 Influence of mickostrocture on the constitutive equations in solids (Moscow - Perm, 1993), Всесоюзных семинарах «Структура, свойства ультрадисперсных квазикрисгаллических и аморфных материалов» (V -Свердловск, 1990, VII - Екатеринбург, 1996), Российско-германской конференции «Пластическая и термическая обработка современных металлических материалов» ( СПб, 1995), VII Международной конференции «Прогрессивные технологии и конструкции в строительстве» (СПб, 1995), VII конференции стран СНГ (Белгород, 1997), International workshop on new approaches to Hi-Tech materials (St.Petersburg, 1997), Международных семинарах «Современные проблемы прочности» (I -Новгород, 1997 г., II - В.Новгород, 1998, III - Старая Русса, 1999, VI - Старая Русса, 2003), Intern. Symposium Hypothesis III (St-Petersburg, 1999), Международной научно-технической конференции «Пластическая, термическая обработка современных металлических материалов» (СПб, 1999), Third Intern. Workshop Proceedingd of SPIEV (2000, USA), XXXVI Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Витебск, Беларусь, 2000 г.), XXXVI Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Киев, Украина, 2001г.), XL Всероссийской конференции «Актуальные проблемы прочности» (В.Новгород, 2002), 2-ой Всероссийской конференции «Дефектная структура и прочносгь кристаллов» (2002, Черноголовка), XV Международной
12
конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (Самара -Тольятти, 2003), XLVII Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Витебск, Беларусь, 2004), XV Петербургских Чтениях по проблемам прочности (2005 r.), XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов" (Самара, 2006), 3-ей Международной конференции «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (С-Петербург, 2004), 45-ой Международной конференции "Актуальные проблемы прочности" (Белгород, 2006), 7-ой Международной научно-технической конференции "Современные металлические материалы, технологии и их использование в технике" (С.-Петербург, 2006), XLVI Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Витебск, 2007), Ш Международной школе «Физическое материаловедение» (Тольятти, 2007), The 2nd International Symposium "Physics and Mechanics of Large Plastic Strains" (St-Petersburg 2007), IV Международной школе-конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (MPFP) (Тамбов 2007), 5 th International Conference on Materials structure & Micromechanics of fracture (2007, Brno, Czech Republic), XVII Петербургских Чтениях по проблемам прочности. (Санкт-Петербург, 2007), V Международной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2008), Международной научной конференции «Перспективные материалы и технологии» (Витебск, Беларусь, 2008).
Публикации
Основное содержание работы изложено в 48 работах, опубликованных в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах, а также трудах международных конференций.
13
Положения, выносимые на защиту:
• На основе экспериментально определенных параметров ансамблем микропор, имеющих различную природу, в твердых телах разного типа показано, что каждая подсистема (фракция) микропор связана с характерными элементами структуры материала.
• Впервые использован подход к созданию ансамблей микропор с разными параметрами в твердых телах за счет различных залечивающих воздействий. Установлены механизмы залечивания микропор при термобарических воздействиях на твердые тела разных типов, определены параметры ансамблей микропор после таких воздействий.
• На основании проведенного статистического анализа ансамблей микропор предложен простой параметр, характеризующий усредненные значения размеров пор и межпоровых промежутков. Проведенный анализ связи прочностных свойств с параметрами ансамблей микропор позволил выдвинуть и обосновать модель возникновения перенапряжений на межпоровых промежутках, объясняющую реальную прочност ь твердых тел с порами.
• С учетом особенностей структуры материала и способа испытания проведены оценки возникающих перенапряжений. Показано, что для хрупких и малопластичных материалов разрушение межпоровых перемычек происходит при напряжениях, близких к теоретической прочности. Для пластичных материалов предложена схема перераспределения возникающих перенапряжений, приводящая к чередованию зон с растягивающими и касательными напряжениями.
• .Эксперименгально установлена возможность многократного увеличения долговечности поликристаллических металлов под нагрузкой за счет периодического уменьшения их порист ости.
14
Структура и объем диссертации
/Диссертация состоит из введения, трех разделов, разделенных на девять глав, заключения и списка литературы.
В первом разделе, состоящем из трех глав, рассмотрены некоторые методические аспекты исследования пористости (гл.1.1), а также результаты экспериментального определения параметров поровых ансамблей в материалах, в которых пористость возникла в процессе их изготовления (технологическая пористость) - в карбид-кремниевой керамике, силикатной керамике, металлических аморфных сплавах (гл.1.2) и определена структурная локализация пор. В третьей главе раздела определяются параметры пористости, возникающей при высокотемпературной ползучести поликристаллических металлов, и анализируются их значения, соответствующие переходу к макроразрушению.
Во втором разделе (гл.2.1) анализируется проблема создания в различных материалах ансамблей пор с существенно различными параметрами, но стабильными характеристиками других элементов структуры. На примере металлических аморфных сплавов рассмотрен простейший случай изменения параметров ансамблей за счет отжига. Во второй главе на примере пор, возникающих при высокотемпературной ползучести металлов, исследованы общие закономерности изменения параметров пор под действием высокого гидростатического давления. Результаты эксперимента сравниваются с результатами аналитических и численных (метод конечных элементов) расчетов. В третей главе раздела на основе общего подхода рассмотрены конкретные случаи залечивания пор под давлением в металлических аморфных сплавах и силикатной керамике. В каждой главе содержится параграф, в котором приводятся данные о структуре исследованных материалов после залечивающих воздействий.
15
Третий раздел посвящен исследованию влияния пористости на механические свойства материалов. В первой главе раздела приведены данные о механических свойствах исследованных материалов в зависимости от их пористости, проведен статистический анализ ансамбля микропор, на основании определенных статистических параметров предложена схема формирования средних и локальных перенапряжений и проведена проверка с использованием метода конечных элементов. Во второй главе раздела рассмотрены результаты исследования процесса разрушения хрупких и малопластичных материалов с порами при динамических и статических испытаниях, а в третьей - аналогичные исследования пластичных материалов.
16
Раздел 1. Ансамбли микропор в твердых телах и некоторые методические особенности их исследования.
Прежде, чем перейти собственно к изложению конкретных данных, следует определить само понятие ансамбля микропор.
Ансамбль микропор - это совокупность всех микропор в твердом геле, характеризуемая рядом количественных параметров.
Таких параметров, в принципе, немало - от простейшего (и чаще всего используемого) - интегрального объема пор в единице объема твердого тела (пористости) до наиболее информативного - полного распределения пор по размерам, форме и ориентации.
Задачей данного раздела и является максимально детальное описание параметров ансамблей микропор в разных типах твердых тел с учетом их структурной локализации.
Глава 1.1 Анализ проблемы исследования пористости твердых
тел.
В данной главе рассмотрены лишь некоторые аспекты широкой проблемы исследования пористости в разных классах твердых тел. В разные годы было выполнено большое количество работ по этой тематике, касающихся специфики определения параметров пор разных размеров, разной морфологии в разных материалах. Имеются хорошие обобщающие работы [26,49-53] в которых детально рассмотрены возможности разных физических методов для максимально детального исследования поровых ансамблей и определения их параметров. В данной работе широко используются многие из этих методов, и в тех случаях, когда они используются в стандартном варианте, подробно не описываются.
17
В данной главе подробно рассмотрены те методические вопросы, которые до последнего времени не были решены, и в разработке которых удалось добиться заметного прогресса. К ним относятся:
а) получение данных малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (МРР) в диапазоне сверхмалых углов, что дает возможность существенно расширить диапазон размеров исследуемых неоднородностей электронной плотности.
б) интерпретация данных МРР, то есть выделение компонент рассеяния, которые связаны именно с микронесплошностями.
в) способы обработки информации о порах, получаемой микроскопическим методами на шлифах, позволяющие определить параметры трехмерного порового ансамбля, в том числе, и для зернограничной его локализации.
г) применение метода протонного мапштного резонанса (ПМР) для исследования нанонор, что обеспечивает определение их параметров, начиная с 2 нанометров.
В заключении этого ведения следует отметить, что при исследовании пористости, которую можно рассматривать, как избыточный свободный объем материала, по-прежнему актуально использование методов, которые способны определять абсолютную плотность материала или ее изменение. Это различные дилатометрические или денсигометрические методы [52,50,54], применение которых во многих случаях является достаточно сложной экспериментальной задачей. В данной работе они также широко использовались и, в ряде случаев, их использование позволило существенно повысить надежность получаемых результатов и обоснованность выводов.
18
1.1.1. Рентгеновские методы исследования пористости в твердых
телах.
Малоугловое рентгеновское рассеяние (МРР) сосредоточено в непосредственной близости от первичного пучка, что является его спецификой. Интенсивность рассеянного излучения невелика и составляет доли процента интенсивности падающего излучения. Поэтому при регистрации рассеяния от микронесплошностей к рентгеновской аппаратуре предъявляются особые требования.
Основные требования к технике малоуглового рассеяния для регистрации микронесплошностей и решения поставленных экспериментальных задач заключается в следующем:
1. Высокое угловое разрешение установки, поскольку рассеяние сосредоточено в области малых углов (в некоторых случаях до долей угловой минуты).
2. Установка должна обладать высокой светосилой, так как интенсивность малоуглового рассеяния, как правило, мала.
3. Исключение паразитного рассеяния на молекулах воздуха и некоторое повышение светосилы осуществляется вакуумированием рабочего объёма установки на всем пути формирования рентгеновского пучка.
4. Особые требования предъявляются к формированию первичного пучка лучей и уменьшению паразитного фона от коллимационного устройства.
Из-за малой интенсивности рассеяния предъявляются повышенные требования к эффективности регистрации. Обычно используется сцинтилляционная система регистрации рентгеновских лучей, имеющая
19
около 100% эффективности счета. Структурная схема малоугловой рентгеновской установки имеет 4 основных узла.
1. Источник рентгеновского излучения.
2. Коллиматор первичного пучка.
3. Держатель образцов, позволяющий нужным образом устанавливать образцы относительно первичного пучка.
4. Регистрирующее устройство, состоящее из счетчика и радиоэлектронной аппаратуры.
В качестве источников рентгеновского излучения в нашей работе использовались узкофокусные рентгеновские трубки с медными и молибденовыми анодами. Система формирования пучка вакуумировалась на всем пути пучка от т рубки до счетчика.
Для измерений использовалась малоугловая рентгеновская камера, консгрукция которой разработана в Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе. Установка [55] позволяет вести измерения в области сверхмалых углов, больших 0.6 минуты.
Наиболее ответственными деталями установки являются коллиматор рентгеновских лучей и система регистрации.
Поскольку интенсивность рассеяния рентгеновских лучей сильно падает с увеличением высоты пучка и изменением интервала углов, определяемых задачами исследования, в нашей работе регистрация малоуглового рассеяния от неоднородностей электронной плотности (при минимальной ширине первичного пучка 4 мкм) велась сцингилляционной системой регистрации по точкам, точность определения угла составляла ~ 5 угловых секунд. В случае использования более широких пучков и, соответственно, больших углах рассеяния использовались координационные детекторы разного типа.
20
При прохождении рентгеновских лучей через коллимационное устройство неизбежно возникает рассеяние на его деталях. Это диффузное рассеяние уменьшает разрешающую способность установки. Для уменьшения отрицательного влияния паразитного фона применяют различные коллимационные системы, а также специальные приспособления. Снижение паразитного фона часто достигается тщательным изготовлением коллимационной системы и её удачной юстировкой, а также нанесением на рабочие поверхности коллимационной системы сильно поглощающих покрытий.
Используемая в работе коллимационная система по-Кратки позволяет варьировать высоту пучка изменением высоты входной щели, а ширину пучка геометрией коллимационного устройства.
21
В коллиматоре системы Кратки (рис.1.1) пучок лучей, просвечивающий образец, формируется гремя элементами (1-3). Верхняя поверхность элемента (2) и нижняя поверхность элемента (3), называемого "козырьком" лежат в одной плоскости. Поэтому отражение или рассеяние от элемента (2) поглощается козырьком (3) или попадает ниже плоскости коллимации (у), которая и является границей пучка лучей. Таким образом, выше плоскости у излучение не попадает, и область измерения будет начинаться от угла (р , равного полуширине первичного пучка. Интенсивность первичного пучка в любой точке (у) пропорциональна площади фокального пятна, видимой из этой точки. Плоскость коллимации (у) создается единой детально жесткой конструкцией длиной 250 мм, в нашем случае это массив из нержавеющей стали, вырезанный из средней части заготовки толщиной 100 мм. Рабочие поверхности элементов (1-4) шлифуются, а затем притираются вручную. Для устранения возможных деформаций элементов системы за счет остаточных напряжений проводится их многократная термообработка. Рабочие поверхности элементов системы покрыты слоем тантала толщиной 300 мкм с целью уменьшения паразитного рассеяния. Козырек (3) жестко крепится к поверхности выступов (2). В результате этого рабочая поверхность козырька оказывается в плоскости коллимации. Для ограничения пучка, брусок (4) с промежуточными прокладками (5) определенной толщины крепится к основному корпусу. Прокладки создают зазор между основным корпусом и бруском, определяя угловую расходимость первичного пучка.
Подобная система при квалифицированном исполнении и юстировке обеспечивает регистрацию рассеянного излучения начиная с 0.6 -0.7 угловых минуты в зависимости от типа излучения.
- Киев+380960830922