WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

недеформированная вольфрамовая полоса получалась Далее рассмотрим вопрос о „легировании“ монокрипутем разрезки вдоль оси определенным образом ори- сталлического вольфрама активной микродобавкой кисентированных монокристаллических слитков, получен- лорода. Кавычки здесь поставлены для того, чтобы подных электронно-лучевой бестигельной зонной плавкой. черкнуть известный факт невозможности растворения Соответствующие режимы электронно-лучевой сварки кислорода в идеальном монокристалле вольфрама в силу заготовок спиральным швом и последующей термообра- определенной конфигурации его внешних электронных ботки обеспечивали монокристальность материала свар- оболочек [16]. Присутствие в реальном вольфраме струкного шва. Рентгеноструктурные исследования показали, турных дефектов является причиной наличия небольчто такая технология позволяет изготавливать оболочки, шой равновесной растворимости кислорода 0.005 wt% имеющие в любой точке цилиндрической поверхности при 1973 K [19]. Тем не менее, как было указано выше, ориентацию, близкую к (110), с разориентацией сосед- при исследовании влияния примесей на работу выхода них участков в пределах 20–30 угловых минут. При монокристаллического вольфрама [16,20,21] в „хлоридэтом поперечное сечение субзерен в вольфраме не ном“ эпитаксиальном вольфраме была обнаружена знапревышало 100 µm, а плотность дислокаций составляла чительно более высокая растворимость кислорода.

109-1910 cm-2. На рис. 4 представлены результаты исследования После соответствующих термообработок в деформи- поверхности грани (110) кислородсодержащего „хлоридрованном изгибном вольфраме формировалась полиго- ного“ эпитаксиального вольфрама методом высокотемнизованная субструктура из дислокаций одного знака, пературной оже-спектроскопии. Весьма неожиданным обеспечивающая субструктурное упрочнение оболочки. является то обстоятельство, что при нагреве до 1300 K По содержанию примесей этот материал практически не происходит полное удаление углерода с поверхности отличался от материала рассмотренных выше оболочек вольфрама, т. е. имеет место „самоочистка“ от углерода, из „хлоридного“ вольфрама (без дополнительного вве- что для обычного вольфрама представляется совершендения кислорода), за исключением примеси молибдена, но невероятным событием. На кислородной кривой (крикоторая в данном случае практически отсутствовала. вая 2) в этом температурном интервале наблюдается Однако эффективная работа выхода таких оболочек была широкий минимум, связанный с тем, что выходящий не выше, чем 5.0 eV. По-видимому, это можно объяснить на поверхность кислород расходуется, по-видимому, на значительной плотностью структурных дефектов, кото- образование окиси углерода. Отсюда следует, что в той рые формируются в материале в результате протекания области температур, в которой были произведены изв нем деформационных и полигонизационных процессов мерения работы выхода, как те, что были приведены на стадиях изготовления цилиндрической моногранной выше, так и те, что будут рассматриваться ниже, поверхоболочки. Такая работа выхода могла, казалось бы, ность кристаллов кислородсодержащего вольфрама не служить ограничением перспективности варианта „де- содержала углерода, но кислород на ней присутствовал.

формационной“ технологии формирования цилиндриче- Из данных рис. 4 видно, что по мере дальнейшего ских моногранных электродных оболочек. Однако повы- (> 1300 K) повышения температуры постепенно снишенная плотность дислокаций, ответственная за более жается амплитуда кислородного пика, однако вплоть низкую работу выхода [18], одновременно ответственна до 2273 K значительная часть монослоя на поверхности и за повышение адсорбционной способности поверхно- кристалла остается покрытой кислородом.

сти такого материала, в том числе и по отношению В [16,20,21] была установлена корреляция между к адсорбции пара цезия, содержащегося в межэлектрод- уровнями содержания примеси кислорода и термоэмисном зазоре реальных современных ТЭП. К тому же сионной работы выхода. Была предложена физическая длительная стабильность таких моногранных оболочек модель, объясняющая возможность встраивания кислов условиях ползучести дает им неоспоримые преиму- рода в решетку вольфрама, осаждаемого из хлоридной щества. Здесь стоит упомянуть о результатах проведен- газовой фазы, содержащей определенное количество ных в НИИ НПО „Луч“ (П.В. Зубарев и Н.Г. Тачкова) кислорода. Эта модель базируется на представлениях Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. Перспективные варианты монокристаллических вольфрамовых электродных оболочек... если „бескислородный“ вольфарм находился в момент измерения работы выхода при различных небольших парциальных давлениях кислорода, достаточных для образования каких-то долей монослоя на вольфрамовой поверхности, то наблюдалась картина (рис. 6), прямо противоположная той, которая характерна для кислородсодержащего вольфрама (рис. 5). Из данных рис. видно, что в начале температурного интервала имеет место максимальный и весьма ощутимый кислородный эффект, а при повышении температуры работа выхода резко уменьшается в соответствии с усилением десорбции кислорода с поверхности вольфрама.

Проведенное рассмотрение приводит к выводу, что значительное возрастание работы выхода вольфрама с температурой присуще лишь кислородсодержащему вольфраму, полученному газофазным хлоридным методом. В соответствии с вышесказанным выход кислорода из объема вольфрама является термически активируемым процессом, и именно это определяет ход Рис. 4. Температурная зависимость нормированной амплитуды оже-сигналов от углерода I1 (1) и кислорода I2 (2) на поверхности фрагмента грани (110) кислородсодержащего „хлоридного“ эпитаксиального вольфрама. Нормировано по интенсивности пика вольфрама (169 eV).

о реконструктивном образовании поверхностного субоксида вольфрама на фронте кристаллизации растущей грани и на последующем послойном „замуровывании“ кислорода в оъеме растущего кристалла. Выращенные в таких условиях кристаллы вольфрама обладают существенно повышенной работой выхода. В зависимости от содержания кислорода эффективная работа выхода грани (110) такого вольфрама изменяется от табличного значения 5.3 до 5.7 eV. Характеризовать этот весьма значительный „кислородный“ эффект лучше всего температурными зависимостями (политермами) работы выхода, как например на рис. 5. Как правило, для монокристаллического вольфрама, содержащего > 5 · 10-4 wt% кислорода, наблюдается резко возрастающая температурная зависимость работы выхода. Характерной особенностью является наличие двух, чаще всего наклонных, плато на Рис. 5. Политермы работы выхода образца кислородсодерэтой зависимости: первое — в интервале температур жащего „хлоридного“ эпитаксиального вольфрама с самоогранкой шестью плоскостями (110), 1 — после выращи1700-1900 K, второе — при температурах > 2000 K.

вания, 2 — после токарной обработки до цилиндрической Температурные зависимости работы выхода для „бесповерхности и электрополировки; 3, 4 — аналогичных образкислородного“ вольфрама резко отличаются. Если соцов, не доведенных до конечной огранки плоскостями (110) ответствующие измерения выполняются в достаточно (с полигранной боковой поверхностью); 5 — цилиндрическохорошем вакууме, то наблюдается обычный линейный го субструктурно-упрочненного образца из нелегированного температурный ход с ничтожным нарастанием работы вольфрама электронно-лучевой бестигельной зонной плавки выхода в интервале температур 1500-2500 K (рис. 5), („деформационная“ технология). Содержание в образцах кискак это неоднократно было показано ранее, в том числе лорода (wt %): 1 —2.3 · 10-2, 3 —1.7 · 10-2, 4 —4.6 · 10-3, и для „газофазного“ вольфрама [16]. Интересно, что 5 —6.7 · 10-5.

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. 112 В.П. Кобяков ма, у которых снаружи шестигранная, а изнутри цилиндрическая поверхности. Материал таких электродов при рабочих температурах ТЭП имеет работу выхода 5.6-5.7 eV и характеризуется скоростью высокотемпературной ползучести не более 10-8 s-1. Такие электроды могут быть использованы для конструирования термоэмиссионных модулей шестигранной геометрии, обеспечивающих плотнейшую упаковку преобразователя. При соответствующей модификации такие электроды могут применяться и в цилиндрических модулях.

Другой вариант базируется на „деформационной“ технологии, исходным сырьем для которой являются монокристаллические слитки нелегированного вольфрама электроннолучевой бестигельной зонной плавки.

И наружная, и внутренняя поверхности трубчатых электродов, изготовленных по такой технологии, являются цилиндрическими. Материал таких электродов имеет работу выхода 5.0 eV, его формоустойчивость в условиях работающего ТЭП характеризуется скоростью высокотемпературной ползучести 10-9 s-1 по одному методу испытаний и до 10-11 s-1 по другому методу.

И наконец, может быть предложен третий вариант, который является комбинацией двух рассмотренных выше (рис. 1, e). В этом случае моногранная труба по варианту рис. 1, c служит высокопрочный подложкой для Рис. 6. Политерма работы выхода грани (110) вольфрамоосаждения слоя кислородсодержащего хлоридного эпивого образца, вырезанного из монокристаллического слитка таксиального вольфрама с высокой работой выхода. При электронно-лучевой бестигельной зонной плавки, при различэтом, как было показано ранее [24], упрочняющая субных парциальных давлениях кислорода из „внешнего“ источструктура подложки наследуется эпитаксиальным слоем.

ника: 1 — 10-4, 2 — 10-5, 3 — 10-6 Pa (построено по данным [22]).

Автор благодарен сотруднику СФТИ, „газофазных дел мастеру“ Н.И. Кущенко и сотрудникам ИМФ НАН Украины А.И. Дехтяру и посвящается светлой памяти В.А. Кононенко за многолетнее плодотворное творчетемпературной зависимости работы выхода кислородское содружество.

содержащего вольфрама. Покидающий объем кристалла кислород в зависимости от температуры вольфрамовой Список литературы поверхности образует на ней различные состояния. Как было показано в [20,23], „низкотемпературная“ ветвь по[1] Николаев Ю.В. // Тез. докл. конф. „Ядерная энергетика литермыработывыхода (до температуры около 1800 K) в космосе“. Подольск (Моск. обл.): Изд-во НПО „Луч“, определяется присутствием на поверхности вольфрама 1993. С. 5.

субоксида W3O, который термически устойчив в этой [2] Batzies P., Schroder-Bado P., Wahl G. // BBC–Nachr. 1972.

температурной области, а „высокотемпературная“ ветвь N1–2. S. 31–39.

(> 2100 K) определяется динамическими процессами, [3] Yang L., Hudson R.G., Johnson H. et al. // 3d Intern. Conf.

обеспечивающими присутствие на поверхности вольфThermion. Electric. Power Generation. Julich (FRG), 1972.

рама физадсорбированного кислорода со степенью по- P. E-32.

крытия до нескольких десятых долей монослоя, в зави- [4] Каретников Д.В., Корюкин В.А., Обрезумов В.П. // Высокочистые и монокристаллические металлические материсимости от реальной структуры этой поверхности.

алы. М.: Наука, 1987. С. 154–158.

[5] Дехтяр А.И., Кобяков В.П. // Атомная энергия. 1995. Т. 79.

№1. С. 13–18.

Заключение [6] Емельянов В.С., Евстюхин А.И., Шулов В.А. Теория процессов получения чистых металлов, сплавов и интерИз изложенного ясно, что по сути предлагаются два металлидов. М.: Энергоатомиздат, 1983. 144 с.

перспективных варианта монокристаллических вольфра[7] Кобяков В.П. // Металлы. 2000. № 1. С. 82–86.

мовых трубчатых электродов для высокоэффективных [8] Кобяков В.П. // Высокочистые вещества. 1994. № 6. С. 45– ТЭП. Один из них базируется на газофазной хлоридной 53.

технологии и соответственно на моногранных электро- [9] Кобяков В.П. // Высокочистые вещества. 1995. № 3.

дах из кислородсодержащего эпитаксиального вольфра- С. 101–107.

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. Перспективные варианты монокристаллических вольфрамовых электродных оболочек... [10] Емельянов В.С., Евстюхин А.И., Шулепов А.И. и др.

Молибден в ядерной энергетике. М.: Атомиздат, 1977.

160 с.

[11] Евстюхин А.И., Гаврилов И.И., Яльцев В.Н. и др. // Редкие металлы и сплавы с монокристаллической структурой. М.:

Наука, 1981. С. 36–41.

[12] Смирнов В.П., Сидоров Ю.И., Янчур В.П. // Поверхность.

1986. № 4. С. 123–128.

[13] Кобяков В.П. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 3. С. 552– 556.

[14] Бабад-Захряпин А.А., Кузнецов Г.Д. Текстурированные высокотемпературные покрытия. М.: Атомиздат, 1980.

176 с.

[15] Кобяков В.П. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 6.

С. 1093–1098.

[16] Кобяков В.П., Заславский С.А. // Высокочистые вещества.

1989. № 5. С. 75–82.

[17] Wahl G., Demny J. // IEEE Conf. Rev. Therm. Conv. Spec.

9th Annual Conf. N 4. New York, 1970. P. 95–100.

[18] Чайковский Э.Ф., Таран А.А. // Письма в ЖТФ. 1979. T. 5.

Вып. 15. С. 920–923.

[19] Эллиот Р.П. Структуры двойных сплавов. Т. 2. М.: Металлургия, 1970. 472 с.

[20] Кобяков В.П. // ЖТФ. 1996. Т. 66. Вып. 7. С. 161–168.

[21] Кобяков В.П. // ЖТФ. 1996. Т. 66. Вып. 7. С. 169–174.

[22] Lieb D., Rufeh F. // IEEE Conf. Rec. Thermionic Conv. Spec.

9th Annual Conf. New York, 1970. N 4. P. 741–780.

[23] Зыков Б.М., Кобяков В.П., Нардая Ю.И. // Высокочистые вещества. 1991. № 1. С. 71–80.

[24] Кобяков В.П., Кононенко В.А., Дехтяр А.И. // ДАН СССР.

1987. Т. 294. № 4.С. 856–860.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.