Разработка и создание микроволновой установки для синтеза веществ в гиротронном разряде в порошках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат наук Степахин, Владимир Дмитриевич

• Степахин, Владимир Дмитриевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Степахин, Владимир Дмитриевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3 ГЛАВА 1. Методы синтеза веществ микро- и наноразмеров с использованием микроволнового излучения. Применения

гиротронов 9 1.1 .Методы синтеза веществ микро и нано размеров с

использование микроволнового излучения

1.1.1 .Методы получения диборида титана

1.1.2.Методы получения нанотрубок нитрида бора

1.1.3.Применение нитрида бора и диборида титана 15 1.2.Применения гиротронов 18 1.2.1 .Производство керамик 20 1.2.2.Микроволновый разряд в порошках металл-диэлектрик 22 ГЛАВА 2. Оптимизация гиротронного комплекса МИГ-3 для плазмохимических работ 25 2.1 .Структура и элементы гиротронного комплекса МИГ-3 25 2.1.1 .Гиротронный блок 26 2.1.2.Блок высоковольтного модулятора с емкостным накопителем 29 2". 1.3.Блок автоматизированного управления гиротронным комплексом

2.1.4.Блок транспортировки СВЧ излучения. Электрическая прочность квазиоптического тракта и помехозащищенность каналов регистрации

2.2.Модификация квазиоптического тракта транспортировки СВЧ

2.3.Поточный калориметр как элемент первого тракта 45 2.3.1 .Эскизная схема поточного калориметра 45 2.3.2.Монтаж поточного калориметра на комплексе МИГ-3 46 2.3.3.Оптимизация работы калориметра. Оценка ошибки измерения 47 2.3.4.Калибровка детекторов 53 2.4.Оптимизация работы гиротрона 59 ГЛАВА 3. Стенд для инициирования микроволновых разрядов в порошках металл-диэлектрик 63 3.1 .Плазмохимический реактор

3.2.Система СВЧ диагностик

3.3.Система оптических диагностик и видеорегистрации

3.4.Схема эксперимента по инициации микроволновых разрядов 72 ГЛАВА 4. Результаты синтеза химических соединений в микроволновом разряде в порошках 75 4.1 .Первый технологический режим синтеза

4.2.Второй технологический режим синтеза

4.3.Состав и структура синтезирующих веществ 89 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96 ПРИЛОЖЕНИЕ. Калориметрические методы измерения мощности

СВЧ излучения

Список публикация по теме диссертации

Список цитируемых источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и создание микроволновой установки для синтеза веществ в гиротронном разряде в порошках»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Микроволновые технологии являются перспективным методом создания, модификации и обработки материалов [1,2,3]. В настоящее время важной и во многом нерешенной проблемой является получения новых материалов с контролируемым микро и наноразмерами и химическим составом. В качестве примера можно привести работы по созданию технологии синтеза получения редкоземельных магнитных наночастиц [4], сверхпрочных тонких покрытий [5] и неуглеродных нанотрубок для электроники [6]. Разработка новых технологических методов с использованием микроволн для синтеза новых материалов микро и нано размерами является актуальной научной и технологической задачей.

Микроволновая технология с использованием излучения гиротронов пока применяется только для получения высокоплотных керамик[7]. Основные трудности создания керамических и композиционных изделий из порошков наноразмера связаны с отсутствием адекватного метода, обеспечивающего получение высокоплотных материалов при сохранении близкого к исходному размеру зерна. В миллиметровом диапазоне достижима высокая однородность нагрева, что позволяет уменьшить время обработки и улучшить эксплуатационные характеристики получаемых материалов. Микроволновая технология получения керамик является основным применением гиротронов для задач материаловедения.

В настоящее время существуют различные плазменные методы

создания веществ с микро- и наноразмерами и пленок в электродуговых,

тлеющих, искровых, плазматронных, высокочастотных (ВЧ), магнетронных,

газовых разрядах, установках адиабатического сжатия и др.[8,9]. В данной

диссертационной работе, для технологии синтеза материалов в

неравновесных условиях используется микроволновый (СВЧ) гиротроный

разряд в порошках металл-диэлектрик. Предлагаемый метод отличается от

традиционных ВЧ и СВЧ плазмохимических методов использованием в

3

синтезе сильнонеравновесных условий разряда. Создание новых веществ может происходить в разных фазах технологического процесса: при СВЧ пробое, плавлении и разлета материалов в порошке, протекания экзотермических химических реакций в плазме и газе. При создании технологии использован опыт по исследованию микроволновых разрядов в порошках, выполненных на гиротронном комплексе, в отделе «Физики Плазмы» ИОФ РАН [10,11]. Технология микроволнового синтеза с использованием излучения гиротрона позволяет получить разнообразные новые материалы с уникальными свойствами.

Целью настоящей работы является разработка и создание микроволновой установки для исследования протекания микроволнового разряда и синтеза веществ в порошках металл-диэлектрик в зависимости от параметров излучения гиротрона и состава порошковой смеси.

Для этого были решены следующие задачи:

1. Разработан и создан стенд с плазмохимическим реактором для микроволновой технологии синтеза материалов на базе СВЧ гиротронного комплекса МИГ-3.

2. Оптимизирован режим работы гиротронного комплекса для плазмохимических работ.

3. Изучены режимы микроволнового разряда, инициируемого излучением гиротрона в порошках металл-диэлектрик с открытой поверхностью.

4. Проведены исследования физико-химических характеристик полученных веществ(нитрид бора, диборид титана)

Научная новизна исследований состоит в следующем:

1. Создана новая микроволновая технология с использованием мощных гиротронов для плазмохимического синтеза в порошках металл-диэлектрик с возможностью протекания плазмохимических процессов во всем объеме реактора.

2. Впервые показано, что в гиротронном разряде в порошках металл-диэлектрик существует режим, при котором происходит существенный выход синтезированного вещества с микро- и наноразмерами (от 5 нм до 100 мкм):

• при микроволновом разряде в порошках титан-бор в атмосфере азота: столбчатые (-20 нм) и сфе ролитные ( до ЗОмкм) с труктуры диборида титана, а также гексагональные структуры нитрида бора и окислы титана;

• при микроволновом разряде в порошках молибден-бор в воздухе: сферолитоподобные структуры молибдена (Мо) и гексагональные структуры нитрида бора.

Практическая значимость работы

Исследования, явившиеся основой диссертации, были посвящены созданию новой микроволновой технологии для плазмохимических приложений.

Следующие результаты диссертации имеют практическое применение.

1. Разработанная и созданная микроволновая установка может быть применена для синтеза веществ в различных порошках металлов-диэлектриков.

2. Данные о пороговых параметрах излучения необходимых для синтеза веществ могут быть использованы при разработке технологических гиротронов для плазмохимии.

3. Способ настройки поточного калориметра может улучшить точность измерений мегаваттных мощностей в миллиметровом диапазоне длин волн.

4. Способ подготовки порошковых смесей металл-диэлектрик представляет интерес для различных плазмохимических технологий, например, спекание керамик с использованием технологического гиротрона.

5. Способ получения нано- и микрочастиц соединений бора может быть использован для нужд микроэлектроники.

6. Способ получения нано- и микрочастиц диборида титана может быть использован для упрочнения поверхностей.

Следующие результаты диссертационной работы были внедрены: оптимизация калориметрических измерений в ИПФ РАН и плазмохимический реактор в ИОФ РАН.

Получены заявки на патенты: «Устройство для ответвления и регистрации прямой и отраженной микроволновой мощности в квазиоптическом тракте» — регистрационный № 2013155511 от 13.12.2013; и «Способ получения нанодисперсных порошков нитрида бора и диборида титана» — регистрационный №2013102266 от 18.01.2013.

Положения, выносимые на защиту

1. При инициировании микроволнового разряда в порошках металл-диэлектрик с помощью мощного гиротронного излучения происходит синтез новых материалов широкого спектра микро- и наноразмеров.

2. Открытая поверхность порошка существенно влияет на взаимодействие с СВЧ излучением. Реализуются два режима разряда, инициируемого излучением гиротрона в порошках металл-диэлектрик, время свечения разряда которых равно или существенно больше длительности СВЧ импульса.

3. Установлено, что существуют пороговые параметры (длительности и мощности СВЧ, процентного содержания металла в порошках, атмосферы газа), при превышении которых активно развиваются экзотермические реакции, приводящие к синтезу новых веществ во всем объеме реактора. Только такой режим

«самоподдерживающегося разряда» пригоден для технологических применений

Апробация работы и публикации

Диссертация выполнена в лаборатории «РАМУС» отдела физики плазмы Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН и на кафедре №343 Моделирования радиофизических процессов МГТУ МИРЭА.

По теме диссертации: статей в рецензируемых журналах - 9, в том числе 5 из списка рекомендованных ВАК; 10 тезисов и 3 доклада на международных конференциях; две заявки на патенты, два внедрения.

Основные результаты, изложенные в диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах МГТУ МИРЭА и ИОФ РАН, а также на международных и всероссийских конференциях:

- XXXVIII-XLI Международные (Звенигородские) конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2011-2014гг.)

- Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электроника и энергетика. (Москва, 2010, МЭИ)

- 59-я, 60-я, 61-я научно-техническая конференция в МИРЭА (Москва, 2010-2012)

- Third International Workshop "Nanocarbon Photonics and Optoelectronics", 29 July - 4 August 2012, Finland, Polvijarvi

- Первая международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуниционных систем», Радиоинфоком —2013, 28 - 30 марта 2013 года, Россия, Москва

Заявки на патенты:

- «Устройство для ответвления и регистрации прямой и отраженной микроволновой мощности в квазиоптическом тракте» -регистрационный № 2013155511 от 13.12.2013;

- «Способ получения нанодисперсных порошков нитрида бора и диборида титана» - регистрационный № 2013102266 от 18.01.2013.

Личный вклад автора

Все представляемые в диссертации результаты получены либо лично автором, либо под его непосредственным руководством. Участвовал в постановке задачи для создания микроволновой установки для плазмохимических исследований, проектировал и создал плазмохимический реактор, разрабатывал СВЧ диагностики, проводил эксперименты по измерению мощности поточным калориметром, проводил эксперименты по синтезу веществ, анализировал и обсуждал результаты экспериментов и синтеза веществ.

ГЛАВА 1. Методы синтеза веществ микро и нано размеров с использование микроволнового излучения.Применение гиротронов.

1.1. Методы синтеза веществ микро и нано размеров с

использование микроволнового излучения

В последнее десятилетие продемонстрирована перспективность применения методов микроволнового нагрева в металлургической отрасли -как в процессах выплавки металлов (восстановления металлов из оксидов) [12], так и при изготовлении металлических изделий методом спекания (порошковая металлургия) [13]. Внедрение технологий, использующих нагрев микроволновым излучением позволит значительно сократить энерго-и трудозатраты, а также уменьшить экологические нагрузки. Для реализации микроволнового нагрева электропроводящих порошковых материалов, в частности металлических, требуются как теоретические, так и экспериментальные исследования.

Сегодня большой проблемой является получение микро- и наночастиц с хорошо контролируемым размером, структуры и химическим составом. В частности, для нужд промышленности, необходимы дибориды переходных металлов (в том числе титана) - для задач упрочнения поверхности. А для электроники интерес представляют гексоганальные структуры нитрида бора и нанотрубки. Рассмотрим методы синтеза этих веществ, в том числе и микроволновые методы.

1.1.1. Методы получения диборида титана

Прежде всего, необходимо отметить, что для диборидов переходных металлов определяющей является связь В-В, а замена одного переходного металла другим приводит лишь к изменению параметров решетки и не влияет на размер зерен и физико-механические характеристики[9]. В обзор включены методы синтеза не только диборида титана, но и диборидов переходных металлов в целом.

Методы получения диборидов переходных металлов можно классифицировать следующим образом [14]:

— прямой синтез из элементов,

— синтез из растворов в расплавах,

— металлотермическое восстановление оксидов металлов,

— восстановление оксидов и других соединений неметаллами и их соединениями,

— электролиз расплавов солей,

— газофазный синтез.

Прямой синтез из элементов основан на взаимодействии металла (титана) и неметалла (бора), который может осуществляться (при различном фазовом состоянии элементов) сплавлением, спеканием или горячим прессованием. В соответствии с этим одни исследователи предлагают проводить синтез нагревая образцы чистого титана в амфорном боре при 1273 К и остаточном давлении 0,133 Па в течение 5 ч, а другие — нагревая смеси порошков титана и бора электрическим разрядом [15]. К достоинствам метода следует отнести возможность получения больших количеств продукта, проведения горячего прессования продукта для изготовления нужных изделий, простоту аппаратуры и сравнительно короткое время синтеза. Недостатками прямого синтеза являются трудность получения боридов точного состава.

Метод синтеза из растворов в расплавах основан на взаимодействии атомов переходных металлов и неметаллов или молекул их соединений, находящихся в солевых или металлических расплавах. Примером может служить синтез боридов титана в расплаве железа при температурах 1673— 2273К. Этот метод позволяет получить чистые, легированные и сложные (смешанные) соединения, а также возвращать в процесс металлы-растворители; он отличается сравнительной простотой. Недостатки метода — малый выход и высокая стоимость производства, обусловленная большим

10

расходом солей и металлов-растворителей, возможность загрязнения продуктов синтеза растворителем, необходимость интенсивного перемешивания растворов в расплавах для получения гомогенных соединений.

Метод металлотермического восстановления оксидов заключается в восстановлении оксидов титана и бора металлом-восстановителем (в присутствии выделяющих кислород соединений) с образованием боридов при температурах 2273-3273К в течение 2-3 мин. Из всех методов синтеза этот самый простой. Однако широкого распространения он не получил из-за низкого качества и неоднородности состава продуктов синтеза, а также трудности их отделения от шлаков.

В основе четвертого метода лежат процессы восстановления оксидов и других соединений неметаллами и их соединениями. Например, можно получать Т1В2 взаимодействием ВСЬ с высокодисперсным титаном при 873—1373 К. К достоинствам метода можно отнести возможность получения большого количества продукта и использование для синтеза оксидов и других доступных соединений титана и бора; основной недостаток — загрязнение продуктов синтеза оксидами металлов и неметаллов.

К преимуществам высокотемпературного электрохимического синтеза расплавленных солей можно отнести сравнительную простоту аппаратуры для синтеза, доступность исходных веществ, возможность получения простых и сложных композиционных покрытий из тугоплавких соединений, а также возможность управления морфологией и составом катодного осадка в результате изменения параметров электролиза. Недостаток — сложность получения чистого продукта (свободного от кислорода). Теоретические основы этого метода подробно изложены в статье[16], а примеры практической реализации — в обзорах [17,18].

Газофазный синтез включает стадии разложения химических соединений, взаимодействие их составных частей, находящихся в газообразном (парообразном) состоянии, с образованием тугоплавких

соединений и последующим осаждением на определенной поверхности. Во всех известных разновидностях данного метода в качестве поверхности используются подложки (металлические или кристаллические, с заданной гексагональной структурой), а образованным в результате реакций диборид представляет собой напыленную на подложку пленку. Пленки диборидов переходных металлов, обладающие столбчатой структурой и текстурой роста плоскостью (00.1), имеют твердость в 1,5—2 раза выше, чем для массивного состояния [9], поэтому вызывает интерес изучение газофазного метода синтеза.

Процессы формирования пленок диборидов переходных металлов имеют общие закономерности. Существует критическая величина характерного размера нанокристаллитов, осаждаемые на подложку, при достижении которой происходит формирование столбчатой структуры и текстуры роста плоскостью (00.1). Изменяя энергию бомбардирующих ионов (посредством изменения потенциала подложки или интенсивности потока), можно управлять размерами зерен и кристаллитов в них. Если энергии, поставляемой растущей пленке, недостаточно, чтобы стимулировать ее кристаллизацию, то формируемые «зародыши» не достигают критической величины, и формирование текстуры роста (00.1) не происходит.

Принципиальное отличие друг от друга известных методов реализации газофазного синтеза лежит в «источнике», посредством которого продукты реакции переводятся в газовую фазу. В связи с этим можно предложить следующую классификацию:

— испарение за счет резистивного нагрева,

— электронно-лучевое испарение,

— лазерное испарение,

— испарение ионной бомбардировкой,

— магнетронное испарение.

Нагрев резистивным способом обеспечивается за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока непосредственно через

напыляемый материал или через поверхность, на которой он помещается. Резистивный нагрев, используемый во многих испарительных установках, имеет несколько существенных недостатков: загрязнение от нагревателя, ограничения по относительно низкой мощности нагревательных элементов. Это не позволяет напылять чистые пленки и испарять материалы с высокой температурой плавления.

В случае электронно-лучевого испарения мишень нагревается электронным пучком. В некоторых методах данный нагрев совмещают с обработкой ионным пучком подложки для улучшения качества пленки.

В виду неглубокого проникновения пучка в мишень и его небольшие размеры, лазерная абляция — неравновесный метод, однако является одним из наиболее быстрых способов получения тонкопленочных покрытий.

Испарение ионной бомбардировкой осуществляется либо ионной пушкой, либо тлеющим разрядом в газе над поверхностью мишени.

Магнетронное распыление является основным микроволновым методом получения диборида титана, подробно описано в статье [9] и является одним из самых простых и распространенных методов получения пленок переходных металлов.

По традиционной классификации метод, созданный в диссертационной работе, можно отнести к двум технологиям, как газофазной, так и микроволновой. В отличие от известных способов синтеза диборида титана может происходить при высоких температурах (-5000К) на поверхности и в объеме порошка при микроволновом нагреве и пробое мишени, а также в газово-плазменной фазе при температуре около 2000К. Реакция синтеза происходит в объеме реактора с последующей закалкой и осаждением продуктов реакции на кварцевой трубке, без прилагаемого к ней потенциала. Данный метод позволяет получить как кристаллические структуры диборида титана микронных размеров, так и столбчатые структуры наноразмеров.

1.1.2. Методы получения нанотрубок нитрида бора

Методы получения нанотрубок можно классифицировать следующим образом:

- Дуговой метод

- Лазерный метод

- Плазменно-химическое осаждение из газовой фазы

- Метод паро-конденсаторный под давлением

- Каталитическое химическое парофазное осаждение

Дуговой метод.

Одним из простейших и широко применяемых методов получения углеродных НТ является э л ектро дуговой синтез [19]. Известны многочисленные попытки применения этого метода для получения нанотубуленов в системе В-С-Ы. В модификациях стандартного метода должны быть предусмотрены способы введения в зону реакции наряду с углеродом бора и азота. Для этого выбирают соответствующие состав атмосферы (например, синтез проводят в токе азота) и (или) композицию испаряемого электрода.

Лазерный метод.

Мишенью служит гексагональный ВЫ, в камере создается высокое давление азота. Наряду с ВЫ-нанотубуленами, в продуктах присутствуют частицы кубического нитрида бора. С помощью С02-лазера осуществлен синтез (в граммовых количествах) однослойных ВМ-нанотубуленов[20,21,22]. Установлено, что трубки зигзагообразного типа образуют связки, отмечено также наличие незначительного количества двухслойных ВМ-нанотубуленов и фуллереноподобных кластеров нитрида бора.

Плазменно-химическое осаждение из газовой фазы.

Плазма создается с помощью микроволнового источника (магнетрона). Синтез происходит в атмосфере таких газов, как В2Н6-ЫНз-Н2[23], В2Н6,

КН3, Ог, Аг [24, 25]. В качестве катализаторов используются АЬТеилиРе/ЭЮг-А^Оз, а в качестве подложки — 8Ю2. Температура в газовой фазе достигает 900С.

Метод паро-конденсаторный под давлением.

Метод позволяет осуществить большую наработку многостеночных нанотрубок нитрида бора. Синтез осуществляется при высоком давлении азота. Мишень нагревается посредством СО2 лазера или лазера на свободных электронах. Температура достигает 4000С[26].

Каталитическое химическое парофазное осаждение.

Получаются нанотрубки высокой чистоты. Нагрев порошка B+MgO+FeO осуществляется с помощью лазера. Поверх стакана с мишенью располагается подложка, покрытая пленкой катализатора (М§0, Мили Бе) рис. 1.1. Реакция синтеза протекает в протоке ЫН3 и при температуре 1200С

Главное отличие метода, в диссертационной работе, от предложенных выше — это возможность синтеза широкого спектра веществ (диборида титана и нитрида бора) одновременно, в едином технологическом процессе.

1.1.3. Применение нитрида бора и диборида титана

В современной технике все более широкое применение находят материалы, обладающие аморфизирующей способностью,

намагничиваемостью, высокотемпературными износо- и

коррозионностойкостью. К специальным требованиям, предъявляемым к современным материалам некоторыми областями науки и техники, относятся

[27,28,29].

Труба печи

Кварцевая вакуумная камера

В ♦ МдО - РеО п°Р°шки

Каталитическое подлодка для нанесения покрытия

Рис. 1.1. схема эксперимента.

и такие, как способность материалов не только работать в условиях радиоактивного излучения, но и поглощать тепловые нейтроны. Большинством этих свойств обладают бор элементарный в виде аморфной или кристаллической модификаций и его такие бескислородные соединения, как дибориды титана, хрома, композиционный материал диборид титана -хрома и гексагональный нитрид бора.

Нитрид Бора гексагональный:

^ применяется для получения высокоогнеупорных материалов, армирующих волокон как полупроводниковый материал

> используется в полупроводниковых лазерах, светоизлучающих диодах, а так же, как абразивный материал, превосходный электрический и тепловой изолятор.

> тугоплавкий, химически стойкий, применяется для получения нитридных покрытий (высокотвердых, износо- и корозийностойких), в качестве высокотемпературной смазки для подшипников, поглотитель нейтронов в ядерных реакторах, в качестве разделяющей среды в разнообразных процессах с керамикой, металлами и стеклом.

> синтез сверхтвердых материалов: кубического и вюрцитоподобного нитрида бора.

Нитрид бора и материалы на его основе занимают заметное место в ряду важнейших инструментальных материалов и являются основой многих современных технологий. Он нашел широкое применение в реакциях промышленного органического синтеза и при крекинге нефти, в изделиях высокотемпературной техники, в производстве полупроводников, получении высокочистых металлов, газовых диэлектриков, как средство для тушения возгораний. Из нитрида бора изготовляют высокоогнеупорные материалы, проявляющие как полупроводниковые, так и диэлектрические свойства.

Нитрид бора гексагональной модификации применяют для изготовления высокотемпературных электроизоляционных материалов и материалов с высокой химической стойкостью.

Нитрид бора одновременно превосходный электрический и тепловой изолятор, поэтому он является единственным материалом для применения в электронных приборах специального назначения.

Нитрид бора широко применяется в качестве высокотемпературной смазки и в качестве разделяющей среды в разнообразных процессах с керамикой, металлами и стеклом. Одной из основных направлений применения нитрида бора синтез сверхтвердых материалов - кубического и вюрцитоподобного нитрида бора.

Другой немаловажной областью применения гексагонального нитрида бора является производство кубического нитрида бора - боразона (эльбора). Хотя твердость алмаза и боразона одинакова, который имеет два очень значимых для техники преимущества. Во-первых, боразон более термостоек: он разлагается при температуре выше 2000°С, алмаз же загорается при 700...800°С. Во-вторых, боразон лучше, чем алмаз, противостоит действию ударных нагрузок - он не столь хрупок. Из боразона изготавливают изделия, применяемые в высокотемпературной технике (тигли, изоляторы, тигли для получения полупроводниковых кристаллов, детали электровакуумных приборов); он применяется для производства полупроводниковых приборов и интегральных схем (твердотельные планарные источники примеси бора, диэлектрические прокладки конденсаторов), деталей электровакуумных приборов (окон выводов энергии, стержней теплоотводов).

Наноразмерный нитрид бора начинает использоваться в виде наномаркера для молекулярного распознавания раковых клеток.

Нитрид бора применяется для производства полупроводниковых приборов и интегральных схем (твердотельные планарные источники примеси бора, диэлектрические прокладки конденсаторов), деталей

электровакуумных приборов (окон выводов энергии, стержней теплоотводов).

Более того в настоящее время проводятся исследования по созданию нового материала на основе нитрида бора и графена, который может найти применение в электронных приборах будущего.

Диборид титана обладает рядом таких ценных свойств, как тугоплавкость, высокая твердость, низкое электросопротивление, большое сечение захвата тепловых нейтронов, высокая смачиваемость и переносимость термошоков. Благодаря комплексу этих свойств покрытия из диборида титана могут найти применение в качестве покрытия электродов при производстве алюминия, лопаток турбин, химических реакторов, тиглей, деталей насосов, термопар и режущих инструментов. Применяется:

> в машиностроении, металлургии в качестве износостойкой составляющей наплавочных материалов и порошков для напыления;

> для защиты поверхности аппаратов и трущихся поверхностей деталей машин от абразивного износа путем плазменного напыления;

> для изготовления испарителей алюминия и ремонта электролизеров алюминиевого производства;

> в атомной энергетике в качестве нейтронопоглощающего материала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Степахин, Владимир Дмитриевич, 2014 год

Список цитируемых источников

1. Clark D. Е., Sutton W. Н. Microwave processing of materials // Annual Review of Materials Science. 1996. V. 26. P. 299-331.

2. Thostenson E. Т., Chou T.-W. Microwave processing: fundamentals and applications // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 1999. V.30, No. 9.P. 1055-1071.

3. A.Jl. Ивановский. Неуглеродныенанотрубки: синтез и моделирование — Успехи химии. 2002. 71 (3). С. 203-224.

4. N.Jones, Thepullofstrongermagnets, Nature, Vol.472, pp.22-23.2011.

5. А.Д. Погребняк, А.П. Шпак, Н.А. Азаренко, В.М. Береснев. Структура и свойства твердых и сверхтвердых нанокомпозитных покрытий — Успехи физических наук. 2009. Т. 179. №1. С. 35-66.

6. Dmitri Golberg, Yoshio Bando, Chengchun Tang, and ChunyiZhi.«Boron Nitride Nanotubes» Adv. Mater. 2007, 19, 2413-2432 DOI: 10.1002/adma.200700179.

7. Bykov, Yu.V.,Rybakov, K.I., Semenov, V.E. High-temperature microwave processing of materials (topic review). // Journal of Physics D: Applied Physics. 2001. V. 34. P. R55-R75.

8. РусановВ. Д., ФридманА. А., Физикахимическиактивнойплазмы, M., 1984.

9. ГончаровА.А., Физические процессы формирования структуры и свойств пленок диборидов переходных металлов — Физика металлов и металловедение, 2011, T.l 11, №3, С. 325-336.

10.Г.М. Батанов, Н.К. Бережецкая, И. А. Коссый, А.Н. Магунов. Инициирование твердофазных химических реакций в порошковых смесях микроволновым разрядом. Физика плазмы. 2006. Т.32. №6. С. 571-576.

11. Г.М. Батанов, Н.К. Бережецкая, И.А. Коссый, А.Н. Магунов. Параметры плазмы микроволнового разряда в порошковых смесях. Физикаплазмы. 2008. Т.34. №4. С. 361-365.

12. IshizakiK.,NagataK., Hayashi Т. Production of Pig Iron from Magnetite Ore-Coal Composite Pellets by Microwave Heating // ISIJ International. 2006. V. 46, No. 10. P. 1403-1409.

13. Roy R. Agrawal D., Cheng J., Gedevanishvili S. Full sintering of powdered-metal bodies in a microwave field // Nature. 1999. V. 399. P. 668 - 670.

14. Шаповал В.И., Заруцкий И.В., Малышев В.В., У скова Н.Н., Современные проблемы электрохимии титана и бора, синтеза диборида титана и его интерметаллидов в ионных расплавах — Успехи химии, 68 (11), 1999.

15.Резниченко В. А., Устинов B.C., Карякин И. А., Петрунько А.Н., Электрометаллургия и химия титана — Наука, Москва, 1982.

16. Новоселова И.А., Малышев В.В., Шаповал В.И., Кушхов Х.Б. — Теор. основы хим. технологии, 31, 286 (1997).

17. Малышев В.В., У скова Н.Н., Шаповал В.И. — Порошковая металлургия, (5/6), 66(1997).

18.Малышев В.В., Писаненко А.Д., Шаповал В.И. — Расплавы, (5), 76 (1997).

19.А.Л.Ивановский — Неуглеродныенанотрубки: синтез и моделирование. — Успехи химии 71 (3) 2002.

20.Jiesheng Wang, Chee Huei Lee and Yoke Khin Yap — Recent advancements in boron nitride nanotubes. —Nanoscale, 2010, 2, 2028-2034.

21. J. Wang, V. K. Kayastha, Y. K. Yap, Z. Fan, J. G. Lu, Z. Pan, I. N. Ivanov, A.A. Puretzky and D. B. Geohegan, NanoLett., 2005, 5, 2528-2532.

22. R. S. Lee, J. Gavillet, M. L. d. 1. Chapelle, A. Loiseau, J. L. Cochon, D. Pigache, J. Thibault and F. Willaime, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.,2001, 64, 121405.

23. L. Guoand R.N. Singh, Nanotechnology, 2008, 19, 065601.

24. C. Y. Su, Z. Y. Juang, K. F. Chen, В. M. Cheng, F. R. Chen, К. C. Leou and С. H. Tsai, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 14681-14688.

25. C. Y. Su, W. Y. Chu, Z. Y. Juang, K. F. Chen, В. M. Cheng,F. R. Chen, К. C. Leou and С. H. Tsai, J. Phys. Chem. C, 2009,113, 14732-14738.

26. M. W. Smith, К. C. Jordan, C. Park, J.-W.Kim, P. T. Lillehei,R. Crooks and J.S. Harrison, Nanotechnology, 2009, 20, 505604.

27. С. H. Lee, M. Xie, V. Kayastha, J. WangandY. K. Yap, Chem.Mater., 2010, 22, 1782-1787.

28. O. R. Lourie, C. R. Jones, В. M. Bartlett, P. C. Gibbons, R. S. Ruoffand W.E. Buhro, Chem. Mater., 2000, 12, 1808-1810.

29. M. J. Kim, S. Chatterjee, S. M. Kim, E. A. Stach, M. G. Bradley, M. J. Pender, L.G. Sneddon and B. Maruyama, NanoLett., 2008,8, 3298-3302.

30.Applications of High Power Microwaves.Eds.Gaponov-Grekhhov A.V. and Granatstein V.L. Artech House Microwave Library, Boston, London, 1994.

31.3апевалов B.E. Гиротрон: пределы роста выходной мощности и КПД // Изв. ВУЗов Радиофизика, 2006, 49, 10, с.864

32.Гольденберг А.Л., Петелин М.И. Формирование винтовых электронных пучков в адиабатической пушке // Изв. вузов. Радиофизика, 1973, 16, 1, с.141

ЗЗ.Завольский H.A., Нусинович Г.С., Павельев А.Б. Устойчивость одномодовых колебаний и нестационарные процессы в гиротроне со сверхразмерными низкодобротными резонаторами В кн. Гиротрон, Горький, 1989, с.84

34. Денисов Г.Г., Самсонов C.B., Соболев Д.И. Двумерная реализация метода синтеза волноводных преобразователей // Изв. ВУЗов Радиофизика, 2006, 49, 12, С.1056

35. Денисов Г.Г., Запевалов В.Е., Литвак А.Г., Мясников В.Е. Гиротронымегаваттного уровня мощности для систем электронно-циклотронного нагрева и генерации тока в установках УТС // Изв. ВУЗов Радиофизика,2003, 46, 10, с.845

36.Глявин М.Ю. Мощный высокоэффективный гиротрон для микроволновых

технологий // ИзбранныетрудымолодыхученыхИПФРАН, Н.Новгород, 1999, с.23

37.Глявин М.Ю. Гиротроны для технологических комплексов и диагностических систем. Автореферат. 2009 год.

38.Батанов Г.М., Бережецкая Н.К., Коссый И.А., Магунов А.Н., Силаков В.П. - ЖТФ, 2001, Т.71, в.7, С.119-123.

39.Г. М. Батанов, Н. К. Бережецкая, В. А. Копьев, И. А. Коссый, А. Н. Магунов. Эволюция температуры в смеси титан-бор при инициировании реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза импульсным микроволновым разрядом // Химическая физика, 2013, том 32, № 4, с. 52-59

40.Г.М. Батанов, Н.К. Бережецкая, В.А. Копьев, И.А. Коссый, А.Н. Магунов, В.А. Щербаков, Н.В. Сачкова. Импульсное зажигание гетерогенных конденсированных систем множеством поверхностных искрений, возбуждаемых микроволновым пучком. ДАН. 2006. Т.477. №6. С. 752-757.

41.Батанов Г.М., Бережецкая Н.К., Копьев В.А. и др. Инициирование реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза импульсным микроволновым разрядом // ЖТФ. 2008. Т. 78. Вып. 10. С. 135—138.

42.G.G. Denisov, V.E. Zapevalov, A.G. Litvak, V.E. Myasnikov.MegawattGyrotrons for ECR Heating and Current-Drive Systems in Controlled-Fusion FacilitiesRadiophysics and Quantum Electronics.2003. T. 46. № 10.C. 757-768.

43.A. Fernández, К. Likin, G. Batanov, L Kolik, et al. Quasi-optical transmission lines at CIEMAT and at GPI. Quasi-Optical Control of Intense Microwave Transmission NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry, 2005, Volume 203. P. 115-129.

44. G. M. Batanov, L. V. Kolik, Yu. V. Novozhilova, et al. Response of a Gyrotron to Small-Amplitude Low-Frequency- Modulated Microwaves Reflected from a Plasma.Technical Physics, Vol. 46, No. 5, 2001.

45. Маркузе Д. Оптические волноводы. М.: Мир, 1975

46. Paul F. Goldsmith Quasioptical system, IEEE Press, 1997

47. Харчев H.K., Батанов Г.М., Бондарь Ю.Ф. и др. Реакция гиротрона на малое отражение от нестационарной нагрузки // Прикладная физика. 2009. №6. С. 158—165.

4%.Самохин А.В., Алексеев Н.В., Цветков Ю.В. //Химия высоких энергий. 2006. Т. 40. № 2, С. 120—126.

49.http://www.nist.gov/pml/data/asd.cfm

50.Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М. Наука, 1982. §93,92.

51.Г. М. Батанов, Н. К. Бережецкая, И. А. Коссый, А. Н. Магунов.В. П. Силаков. Импульсный нагрев тонких слоев из смеси порошков микроволнами высокой интенсивности. Журнал технической физики. 2001. Том 71. Вып. 7.

52.BatanovG.M., Bol'shakovE.F., DorofeyukA.A. etal.// J. Phys. D. 1996. Vol.29. P. 1641-1649.

53.Г.Ф. Тавадзе, A.C. Штейнберг. Получение специальных материалов методами самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Тбилиси. Из-во Меридиани. 2011. 206с.

54.Измерения в электронике справочник. Кузнецов В.А. Изд.: Москва Энергоатомиздат., 1987г., 512с.

55.Метрология. Термины и определения. РМГ 29-99 ГСИ. М., 2001.

56.James А. V., Sweet L. О. Broad-band calorimeters for the measurement of low and medium level microwave power. 11. Construction and performance. - IEEE Trans. .1958, v. MTT-6. № 2, p. 195-202.

57.БродскийА. И. КалориметрдляизмеренияСВЧмощности. Авт. свидетельство № 167545. - БИ , 1965, № 2.

58.TianA.Microcalorimetrea compensation par effect Peltieset Joule. - Bull. Soc. Chim. . 1923. v. 33 (4), p. 427.

59.Бродский А. И. Измерение мощности в миллиметровом диапазоне волн. -Измерительная техника , - 1990.

60.Crawford М. L. A new rf-dc substitution calorimeter with automatically controlled reference power.- IEEE Trans., 1968, v, IM-14, №4, p. 378-384