Введение к работе
Актуальность темы. Физико-хнмия титана и его оксидов при-
зкаот внимание все большего круга исследователей в последние на. Механизм взаимодействия титана с кислородом достаточно згообразон и. поэтому его изучение позволяет построить ф'ЛЗИ--химическуо модель, пригоднуп для описания широкого, друга то риалов. С другой сторони, оксидирование титана мояет рас-атриваться как процесс, контролируемая транспортом реагентов реакционным областям, т.е. представляет собой химическое, вза-одействие с разделенными в пространстве окислительной и вос-аиовительной стадиями. Следовательно, изучение этого процесса жет внести определенный вклад в теорию широкого класса гетеро-шшх взаимодействий.
Быстро прогрессирующий раздел химии - мощная ИК-лазерохимия открывает дополнительные возможности к детальному исследованию їханизма гетерогенных взаимодействий. Селективное воздействие ізерного излучения на различные подсистемы твердого тела позво~ іет выяснить роль тех или иных подсистем на развитие процесса в їлом и получить до полни тельнуп информации о механизмах его про-ікания.
С другой стороны, наличие транспортного контроля позволяет ютролть строгув натематичеекуо модель изучаемого явления, ко-ірая, в свою очередь, представляет возможность однозначным об-ізом описать влияние тех или иных факторов на параметры и раз-ітие данного процесса.
Такий образом, изучение окисления титана вносит определенный слад в развитие появившейся в последние годы дисциплины, называли математической кинетикой гетерогенных взаимодействий.
Поскольку титан является широко распространенным материалом современном промышленном производстве (авиационное маошноетро-яие, микроэлектроника и т.д.); изучение его превращений в кон-актв с окислявшей атмосферой оказывается актуальной задачей на ээремонном этапе, поскольку вопросы; связанные с коррозионной гойкостьп, оптимизацией режимов обработки поверхности титана, адедностьо работы изделий из него впрямув связаны с окислением ятана. С этой точки зрения поставленная в диссертации задача вляетея полезной и в технологическом аспекте.
Целью работы является построение физико-химической и математической моделей термического и лазерно-химическпго оксидирования поверхности титана в атмосфере кислорода. Для ропитции зюй цели рожались следующие задачи:
разработка методики проведения аксперимсміальгчх исследований по термическому и лазерно-химическому оксидировано титана;
исследование кинетики термического и лазерно-химичзского оксидирования титана;
выяснение основных черт механизма гетерогенного взаимодействия с разделенными в пространстве окислительной и восстановительной стадиями; "
исследование роли и механизма влияния лазерного излучения на прс цесс оксидирования титана;
построение формально-математической модели и вывод кинетической уравнения," адекватно описывавшего весь процесс в целом.
Научная новизна состоит в том, что впервые систематически исследованы кинетика и механизм.лазерно-химического оксидирования титана, обнаружено нетермическое влияние лазерного излучения на процесе Построена физико-химическая модель термического и лазерно-химического оксидирования титана, основанная на рассмотрении транспорта реагентов (титан, кислород) в противоположных направлениях к реакционный областям на границах раздела. Предложен механизм лазерного ускорения образования оксида титана. Построена математическая модель и выведено кинетическое уравнение, адекватно описывавшее весь процесс в целом и учитывающее влияние внешних факторов на развитие процесса. Получены оксиды титана на титане,'имеющие однофазную структуру рутила и сохраняющие интерференционную окраску наряду с кристаллической структурой.
Научная и практическая ценность. Данные, полученные в работе вносят определенный вклад в развитие представлений о гетерогенных взаимодействиях; представляющих собой химическое взаикодей- ствие с пространственно разделенными стадиями. Полученная физико-химическая и математическая модели термического и лазерно-хи-кгаческого оксидирования титана могут быть использованы для описания кинетики оксидирования ряда материалов, определявщим для которых при взаимодействии с окисляющей атмосферой является мае-. сопереиоо реагентов через оксидкнай слой. Материалы по кинетике окисления титана могут бать полезна при изучзнии вопросов, свя-
mux с коррозионной устойчивоеьа п опг:ч:лзэдаеЯ режтов обра-; гкп пздел'лЛ из тяпана в созрекениой технологии.
Апробация работа. Материалы диссертационной работы домг.зпц збсувдена па IX Республиканском семинара по физике и технология ік'іх пленок (Ивано-Франковск, I960 г.),; на X Есесопзкой согз-:?Ш! по кикотиво « кзханизну химических рэахцай в твердой толз эртэголозяа, 1989 г.); на .совещании-семинаре "Акэр$нне полупрэ-цники и днолехтряки на основе кремния в электронике" (Одесса, 89 г.); на III Всесоозной конференции по физике и технология нких полупроводниковых пленок (Ивано-Франковск, 1990 г.).
Публикации. По материалам научных исследований опубликовано научных работ в центральной печати.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. В результате термического и лазерно-химичесйого оксидирз-
ния поверхности титана, подвергнутой хинико-механяческой поли
вке, формируется однофазная пленка оксида титанаТЮ2) имовцая
руктуру типа рутила.
2, Процесс оксидирования титана во всем исследованной интор-
ле времени и температуры контролируется транспортом реагентов
рэз оксид во встречных направлениях к реакционны:! областям па
іаницах раздела: 'Ті -Т<02 и TVC^ ~ газ.
1. Лазерное облучение структуры Ті -Ті02 в процессе её фор-:рования приводит к увеличению скорости роста' оксида, за счет іиєнсния соотнопїнпя потоков реагентов, но изменяя механизма рмирования пленки.
4; Построена физико-химическая и натемагическаякнодедя пресса термического и лазерно-химического оксидирования титана, екватно описываяЕие исследуемыйпроцесс и позволяйте прогнози-вать развитие окисления при воздействии различных внешних фак-ров.
Структура работы. Диссертация1 состоит яз введения/трех іав, основных выводов/ списка цитируемой' литературы и пралояе-ій.В пзрзой главе приведен краткий обзор физико-химических' юйств"системы титан - кислород, рассмотрены физико-химические ідєли окясленид металлов, а такяекинетяческиз закономерности особенности механизма окисления титана, описан процесс окаслп-ія металлов под воздействием лазерного излучения. Вторая глава ювя^ена' исследовании' закономерностей термического и лазеряо-:лического окгслэния титана. В ней опксываэтея методика экспе-