Введение к работе
Актуальность темы. Процессы, происходящие на поверхности, определяю і важные в фундаментальном и практическом отношении свойства материалов Особенно интересны исследования поверхностных свойств сложных систем, примером которых являются стекла
Свинцовосиликатные и боратно-бариевые стекла широко используются при производстве таких приборов, как микроканальные пластины (МКП), работа которых основана на эффекте вторичной электронной эмиссии Состояние поверхности конструкционного материала во многом определяет параметры МКП В технологии изготовления МКП методом вытравпивания опорной жилы эти стекла при механической и технохимической обработке взаимодействуют с водой, различными суспензиями, щелочными и кислотными растворами В результате процессов гидратации и выщелачивания изменяется состав и структура поверхностных и приповерхностных слоев Во многих случаях подобная обработка пластин приводит к образованию локальных кристаллических структур на поверхности, которые отрицательно влияют на параметры конечного прибора Естественно, электрические и вторично-эмиссионные параметры поверхностного слоя стекол находятся в прямой зависимости от структурных изменений, происходящих в стекле
В связи с этим изучение взаимодействия стекол, используемых в качестве подложек и конструкционных элементов приборов и устройств электроники, с водой и водными растворами представляется актуальным
Цель диссертации заключается в комплексном исследовании процессов, происходящих на поверхности свинцово-силикатных стекол М034 (С78-4), 6Ба4 (С87-2) и боратно-бариевого сгекла Х230 (С78-5) при их взаимодействии с водой и водными кислотными и щелочными растворами
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие ос-ногшые задачи:
Изучение литературных данных по поверхностным характеристикам стекол, воды и их взаимодействию Анализ методов исследования поверхностных характеристик и выбор из них подходящих для изучения взаимодействия стекол с водой и водными кислотными и щелочными растворами
Разработка и изготовление модуля для получения спектров экзоэлек-тронной эмиссии, установки для изучения кинетики растворения боратно-бариевого сіекла в воде, а также методик подготовки и проведения исследований
Анализ поверхности стекол электронной оже-спектроскопией (ЭОС), фотометрированием, оптической и сканирующей зондовой микроскопией (СЗМ) после обработки в этаноле, хромовой смеси, аммиач-
но-перекисном растворе (АПР) и смеси серной кислоты и перекиси водорода (КАРО)
Измерение краевого угла смачивания (КУС) свинцовосиликатных стекол водой после различных способов очистки стекол и воды
Измерение экзоэлектронной эмиссии свинцовосиликатного стекла 6Ба4 после взаимодействия с разбавленными кислотными растворами
Изучение кинетики растворения боратно-бариевого стекла Х230 в воде при строгом контроле параметров воды - температуры, сопротивления, рН и др
Методы исследований. В работе использованы сканирующая зондовая и оптическая микроскопия, метод лежащей капли, весовой метод кинетики растворения стекол, фотометрия, электронная оже-спектроскопия, метод фо-тостимулированной экзоэлектронной эмиссии
Научная новизна:
Впервые изучение свойств поверхности стекол при их контакте с водой и водными растворами проведено при строгом контроле состояния объектов исследования современными методами
Впервые измерены краевые углы смачивания воды после мембранной фильтрации, деионизации, дистилляции и стерилизации на свинцовосиликатных стеклах 6Ба4 и М034 после их обработки кислотными и щелочными растворами
Впервые изучена кинетика растворения боратно-бариевого стекла Х230 в воде после различных способов ее очистки
Впервые получены кинетические кривые экзоэлектронной эмиссии для свинцовосиликатного стекла 6Ба4 после его обработки в кислотном растворе с разным временем выдержки
Практическая ценность работы. Полученные результаты могут быть использованы в различных научно-исследовательских организациях и промышленных предприятиях, занимающихся проблемами разрабоїки и изготовления стеклянных узлов и приборов вакуумной и плазменной электроники, гаких как НПО "Орион" (г Москва), ОАО "Российская электроника" (г Москва), ОАО "Катод" (г Новосибирск), НТЦ "Баспик" (г Владикавказ) В частности, экспериментальные результаты по анализу поверхности стекол после обработки в кислотных и щелочных растворах можно использовать в технологии очистки заготовок МКП
Данные по кинетике растворения боратно-бариевого стекла Х230 в воде после фильтрации, деионизации и дистилляции могут найти практическое приложение в технологии подготовки технохимических кислотных и щелочных растворов для производства вакуумных электронных приборов Предложенный весовой метод исследования кинетики растворения стекол може г
быть использован в технологии формирования пористых сгруктур методами химического и электрохимического травления
Разработанный модуль для регистрации кинетических кривых экзо-эмиссии, а также методики проведения экспериментов, используются в учебно-научных лабораюриях кафедры компьютерных технологий и интегральных микросхем Кабардино-Балкарского государственного университета для подготовки специалистов по направлению 550700 - «Электроника и микроэлектроника»
Достоверность результатов. Всесторонний характер исследований, проведенных автором данной работы на одних и тех же образцах с использованием различных методик физического эксперимента, убеждает в достоверности, представленных результатов и обоснованности выводов, следующих на их основе Все полученные результаты по исследованным объектам достаточно обоснованны и сопоставлены с экспериментальными результатами других авторов Результаты исследований обсуждались на российских и международных конференциях
Положения, выносимые на защиту:
Методики подготовки образцов и установки для исследования процессов взаимодействия и растворения стекол в воде
Особенности поверхности стекол 6Ба4 и М034 после их обработки в этаноле, растворах хромовой смеси, кислотных и щелочных растворах
Влияние примесей, осіающихся в воде после различных способов очистки (фильтрация, деионизация, дистилляция, стерилизация), на смачивание свинцовосиликатных стекол
Результаты экспериментальных исследований взаимодействия воды разной чистоты со свинцовосиликатными стеклами в зависимости от способа предварительной обработки поверхности стекол
Закономерности образования и роста центров экзоэлектронной эмиссии через выщелачивание поверхностных слоев стекла 6Ба4
Зависимость скорое і и растворения боратно-бариевого стекла Х230 о г рН и сопротивления воды
Личный вклад автора. Задачи исследований были поставлены научным руководителем проф Ашхоговым ОГ, который принимал участие в обсуждении выбора методов исследования и интерпретации полученных результатов Разработка установок и методик были выполнены совместно с Ке-рефовым А X и Соколовым С М, а литературный обзор, проведение всех экспериментов, обработка и интерпретация результатов выполнены автором диссертации
Апробация результатов. Основные результаты докладывались на II научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные иссле-
дования в системе образования" (Тамбов, 2004 г), VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых "Наука XXI веку" (Майкоп, 2005 г), VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых "Образование — наука - технологии" (Майкоп, 2006 г ), IV Российском симпозиуме "Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновесных средах" (Новый Афон, 2006 г), II Международном семинаре "Теплофизические свойства веществ" (Приэльбрусье, 2006 г)
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы (120) Общий объем диссертации 140 страниц, 47 рисунков и 17 таблиц
