Введение к работе
Актуальность темы. Процессы фазового разделения и кристаллизации лежат в основе получения разнообразных стеклокристаллических материалов, в том числе стекол, содержащих нанокристаллы. В зависимости от выбранной системы различные стадии этих процессов могут существенно влиять на структуру образцов и их физико-химические свойства. Несмотря на существование теоретических представлений об указанных процессах, для каждого конкретного материала требуется детальное экспериментальное исследование кинетики структурных превращений и особенностей структуры, образующейся в результате протекания процессов фазового разделения.
Процессы, происходящие в стеклах, такие, как фазовые превращения, сопровождающиеся образованием и ростом новых наноразмерных кристаллических фаз, играют важную роль при создании технологических процессов изготовления микроканальных пластин.
Микроканальные пластины (МКП) - класс изделий электронной техники, предназначенных для работы в вакууме в качестве многоканальных детекторов, преобразователей и вторично-электронных усилителей пространственно-организованных потоков заряженных частиц и излучений. Благодаря ряду уникальных свойств МКП находят применение в различных областях науки и техники прежде всего как усилители электронных изображений в электронно-оптических преобразователях, предназначенных для приборов ночного видения.
Из сказанного следует, что электрофизические и эксплуатационные характеристики электронно-оптических преобразователей определяются главным образом физико-химическими свойствами стекол, используемых в МКП (свинцово-силикатные стекла) и для МКП (боратно-бариевые стекла).
В связи с этим исследования процессов фазообразования, кинетики роста новых фаз и их влияния на электрофизические и механические свойства стекол являются важными для совершенствования существующих и создания новых технологических процессов производства изделий электронной техники.
Цель настоящей работы заключается в установлении закономерностей изменения электрофизических и вязкоупругих свойств стекол, используемых в электронной технике, и их связи с фазообразованием и кинетикой роста новых фаз.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
-
Разработка методик и создание установок для исследования температурной зависимости электропроводности, а также вязкоупругих свойств стекол.
-
Исследование температурной зависимости электропроводности стекол С87-2, С78-4, С78-5.
-
Изучение влияния структурных и фазовых превращений в объеме и на поверхности стекол на электропроводность при изотермическом отжиге.
-
Исследование диэлектрических свойств стекол на переменном токе.
-
Исследование вязкоупругих свойств стекол.
Научная новизна полученных результатов
-
Получены новые экспериментальные результаты по температурной зависимости электропроводности и особенности изменения энергии активации проводимости в стеклах С87-2, С78-4, С78-5.
-
Установлены новые закономерности кинетики электропроводности при изотермическом отжиге и связанные с ними структурные и фазовые изменения в объеме и на поверхности стекол.
-
Установлено уменьшение энергии активации электропроводности исследуемых образцов при высокотемпературном отжиге.
-
Разработана новая методика измерения вязкоупругих свойств, основанная на исследовании акустической эмиссии при ударе микрозонда о поверхность твердых материалов, и создана экспериментальная установка для ее реализации.
Практическая ценность результатов
Экспериментальные результаты исследования электропроводности, структурных и фазовых превращений в объеме и на поверхности стекол выполнены в рамках хоздоговорных работ с Владикавказским технологическим центром БАСПИК и включены в научно-технические отчеты, представленные заказчику.
Экспериментальные установки, созданные автором, используются в учебной лаборатории «Физическая химия материалов и изделий электронной техники» при выполнений курсовых и выпускных квалификационных работ студентами факультета микроэлектроники и компьютерных технологий Кабардино-Балкарского государственного университета.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Результаты по температурной зависимости электропроводности стекол С-87-2, С78-4, С78-5.
-
Кинетические зависимости роста нанокристаллической фазы на поверхности и в объеме стекол и связанные с ними проводимости.
-
Зависимость энергии активации проводимости от температуры и времени изотермического отжига.
-
Результаты по диэлектрическим свойствам стекол на переменном токе.
-
Оригинальная методика и установка для определения вязкоупругих свойств твердых тел зондовым акустическим методом.
Достоверность основных результатов
Научные положения, результаты экспериментальных исследований, выводы по диссертации обоснованы и получены с использованием современных методов. Достоверность научных положений подтверждена системным подходом к исследованиям, применением аттестованных измерительных
средств, анализом погрешности опытов, воспроизведением экспериментов и сопоставлением полученных результатов с независимыми данными других исследователей. Рентгеноструктурные и рентгенофазовые анализы проводились на установках ЦКП «Рентгеновская диагностика материалов» (КБГУ). Результаты SEM/EDX получены на установке Hitachi S-570 с системой элементного анализа Quantax 200 (СПбГЭТУ «ЛЭТИ»).
Личный вклад автора
Цель и задачи диссертации были сформулированы и поставлены научным руководителем, доктором физико-математических наук, профессором A.M. Кармоковым, который принимал участие в обсуждении результатов работы. Экспериментальные измерения, научные положения и научные выводы сделаны самостоятельно диссертантом. Соавторы статей принимали участие в обсуждении полученных результатов.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: VII Всероссийской конференции молодых ученых «Наука XXI веку», Майкоп, 2005; Международном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива 2007», Нальчик, 2007; I Всероссийской научно-технической конференции «Наноструктуры в полимерах и полимерные нанокомпозиты», Нальчик, 2007; Международной научно-технической конференции «Микро- и нанотехнологии и фотоэлектроника», Нальчик, 2008; VIII Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодск, 2008; Международной научно-технической конференции «Микро- и нанотехнологии в электронике», Нальчик, 2009; IX Международной научной конференции «Химия твердого тела: монокристаллы, наноматериалы, нанотехнологии», Кисловодск, 2009; III Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», Москва, 2009; Международном конгрессе студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива 2010», Нальчик, 2010; III Международной научно-технической конференции «Микро- и нанотехнологии в электронике», Нальчик, 2010; X Юбилейной международной научной конференции «Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии», Ставрополь, 2010; IV Международной научно-технической конференции «Микро- и нанотехнологии в электронике», Нальчик, 2011; VIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физикохимия и технология неорганических материалов», Москва, ИМЕТ РАН, 2011.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа изложена на 131 страницах, содержит 81 рисунок и 14 таблиц, состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы из 132 наименований.
