WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 11 05 Дальнодействующее влияние облучения светом на микротвердость фольг молибдена, подвергнутых термическому отжигу © Д.И. Тетельбаум, Е.В. Курильчик, Ю.А. Менделева Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, 603600 Нижний Новгород, Россия e-mail: Tetelbaum@phys.unn.ru (Поступило в Редакцию 14 марта 2005 г.) Приведены результаты экспериментального исследования изменения микротвердости фольг молибдена под действием облучения светом (на необлученной стороне) как для исходных образцов, так и для образцов, предварительно отожженных в интервале 75-900C. Показано, что относительные изменения микротвердости под действием однократного и многократных облучений существенно модифицируются при отжиге и зависят от его температуры. Рекристаллизационный отжиг приводит к возрастанию относительного изменения микротвердости и регуляризации характера изменений при повторении циклов облучение-релаксация, тогда как отжиги при более низких температурах — к нарушению регулярности.

Результаты свидетельствуют о роли состояния системы дефектов металла в исходном состоянии.

В работах [1–4] был установлен новый эффект, заклю- В настоящей работе на примере фольг молибдена чающийся в изменении микротвердости H металличе- исследовано влияние предварительного отжига на велиских фольг при облучении противоположной стороны. чину изменения H при облучении светом и на характер Качественное объяснение данного эффекта, изложенное повторяемости этих изменений при фотоциклировании.

в [1–4], заключалось в том, что фотоэлектроны, захва- Использовались прокатанные фольги молибдена толченные на ловушки в пленке естественного окисла (ЕО), щиной 50 µm. По данным рентгеновской дифракции присутствующего на поверхности фольги, порождают фольги были текстурированы и имели средний размер деформационные волны под действием кулоновских сил зерен более 1 µm. Засветка проводилась лампой накаливследствие нарушения локальной электронейтральности вания мощностью 20 W, нить которой была расположена в окрестности ловушек. Проникая в металл, волны на расстоянии 5 cm от фольги. Отжиги проводились на трансформируют подсистему дефектов и тем самым воздухе (при температурах отжига Tann 150C) и в вызывают изменения H. В [5] предложена применимая потоке осушенного азота (при Tann 200C) в течек нашему случаю (при условии дополнительного учета ние 30 min. Несмотря на применение защитной атмосфедействия деформационных волн) феноменологическая ры, полностью избежать дополнительного окисления не теория превращений в системах, обладающих более удалось. После каждого отжига окисел удалялся в HCl, чем одним локальным минимумом свободной энергии. а облучение проводилось спустя некоторое время (не Показано, что в таких системах под влиянием приходя- менее 2 h), необходимое для наращивания нового ЕО.

щего извне потока энергии возможно дальнодействую- Это позволяло одновременно исключить влияние тех щее изменение структуры и свойств, имеющее характер изменений, которые происходят с окислом при отжигах.

„волны переключения“. Эта модель позволяет предполо- Микротвердость измерялась на приборе ПМТ-3 при жить существование зависимости величины и характера нагрузке 50 g (нагрузка была выбрана после снятия эффекта от состояния исходной системы. Последнее нагрузочной кривой H из соображений компромисса можно изменять путем предварительного отжига фольг. между повышением точности измерения H с ростом глуПостановка соответствующих экспериментов важна для бины отпечатка и уменьшением степени выраженности выяснения механизмов явления. В частности, поскольку эффекта с возрастанием нагрузки, т. е. с увеличением было установлено, что действие света не проявляется в толщины зондируемого слоя). Результаты усреднялись отсутствие ЕО на облучаемой поверхности, необходимо по 5 отпечаткам при двукратном измерении каждой диабыло выяснить, в какой мере за эффект ответственна гонали отпечатка. На основании анализа систематичеструктура самого металла. ских и случайных погрешностей изменения H считались Для эффекта типична релаксация H после прекраще- значимыми в тех случаях, когда они превышали 4% от ния облучения. В ряде случаев релаксация возвраща- исходного значения.

ет H к исходному (или близкому к нему) значению, На рис. 1 приведена зависимость относительного а при повторном облучении H снова изменяется. Если изменения H на обратной стороне фольги от дозы (на дефектная структура металла играет роль, то характер лицевой стороне изменений H в пределах погрешности изменений H при фотоциклировании (повторении цик- не наблюдалось). При определении дозы принималось, лов облучение-релаксация) тоже должен зависеть от что мощность излучения составляет 50% от полной состояния системы дефектов. мощности. Обращают на себя внимание две особенно134 Д.И. Тетельбаум, Е.В. Курильчик, Ю.А. Менделева должна происходить как раз в данной области температур [6]. Поведение H при более низких Tann, повидимому, обусловлено процессами, происходящими в подсистеме точечных дефектов, преимущественно в атмосферах Коттрелла.

На рис. 2 показана зависимость изменений микротвердости при дозе 3 J/cm2 (время облучения 100 s) от Tann. Приведено также значение изменения H для неотожженной фольги. Видно, что величина и даже знак изменений H зависят от наличия и температуры предварительного отжига. Интересно, что после рекристаллизационного отжига степень влияния засветки на H вдвое увеличилась по сравнению с неотожженными образцами. При некоторых других Tann эта степень, наоборот, снижается вплоть до практически полного Рис. 1. Зависимость относительного изменения микротвердоотсутствия эффекта. После прекращения облучения изсти от дозы.

менения релаксируют, приближаясь к нулю за время порядка несколько часов.

При повторных облучениях, проводимых после выдержки (релаксации), результаты тоже оказались зависящими от того, подвергалась ли фольга отжигу и при какой температуре. Для неотожженного образца релаксация приближала микротвердость к исходному значению, а при повторных облучениях (фотоциклировании) H каждый раз возрастала до величины, близкой к величине, достигнутой при первом облучении (рис. 3). Для образцов, отожженных в интервале Tann = 75-800C, изменения H при фотоциклировании оказались нерегулярными (плохо воспроизводимыми от цикла к циклу). Для примера на рис. 3 приведен результат для Tann = 300C.

Такое поведение имело место и для других температур отжига в указанном интервале. Иное наблюдается для Tann = 900C, т. е. после отжига исходной фольги Рис. 2. Относительные изменения микротвердости в исходных несколько выше температуры рекристаллизации: карти( H/H0) и отожженных при различных температурах ( H/H1) на изменений H при циклировании опять приобретает фольгах. Первый — H/H0, остальные — H/H1, где H0 — регулярный пилообразный характер.

микротвердость неотожженной фольги, H1 — микротвердость Таким образом, предварительный отжиги оказывают фольги после отжигов.

существенное влияние на фоточувствительность фольг.

Это демонстрирует существенную роль состояния системы дефектов металла и не противоречит феноменологисти: немонотонность дозовой зависимости и асимптотической модели [5], в соответствии с которой ожидалось ческое приближение изменения H к нулю при больших наличие зависимости эффекта от исходного набора „падозах. Обе особенности наблюдались и обсуждались раметров порядка“. В то же время результаты в целом ранее для пермаллоя-79 [1–4]. Поведение H для Mo согласуются с предложенной нами [1–4] качественной демонстрирует их закономерный характер, обсуждение моделью, согласно которой изменение H связано с причин которого выходит за рамки целей этой статьи.

модифицированием системы дефектов (под действием Данные рис. 1 позволили выбрать дозу для последующих возникающих при облучении деформационных волн), опытов.

но эта связь имеет сложный характер. Хотя это не В результате отжига исходных фольг их микротверисключает того, что при температурах отжига, сущедость изменялась. Имеются три характерных участка по ственно превышающих 0.4Tm (когда система более полно температуре отжига (Tann): на первом (до Tann = 150C) приблизится к состоянию равновесия), эффект ослабнет величина H возрастает, на втором она возвращается и даже исчезнет. Это действительно наблюдалось для практически к исходному значению, на третьем (свыфольг Cu-Ni в работе [7] и свидетельствует о том, ше 850C) падает ниже исходного уровня. Поведение H что для существования эффекта необходима некоторая сигнализирует об изменении реальной структуры ме- степень отклонения системы от равновесия в исходном талла. При этом область снижения H (выше 850C) состоянии. Разумеется, детальное объяснение полученсоответствует области температур 0.4Tm, где Tm — ных зависимостей требует более полного знания осоабсолютная температура плавления. Это указывает на бенностей состояния системы дефектов и ее изменений связь уменьшения H с рекристаллизацией, которая в результате отжигов.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Дальнодействующее влияние облучения светом на микротвердость фольг молибдена... Список литературы [1] Тетельбаум Д.И., Трофимов А.А., Азов А.Ю. и др. // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. Вып. 23. С. 9–13.

[2] Тетельбаум Д.И., Азов А.Ю., Голяков П.И. // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. Вып. 2. С. 35–41.

[3] Тетельбаум Д.И., Менделева Ю.А., Азов А.Ю. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. Вып. 11. С. 65–71.

[4] Tetelbaum D.I., Azov A.Yu., Kuril’chik E.V. et al.// Vacuum.

2003. Vol. 70. N 2–3. P. 169–173.

[5] Кривелевич С.А. // Вестник ННГУ. Сер. Физика твердого тела. 1998. Вып. 2. С. 71–78.

[6] Горелик С.С., Дашевский М.Я. // Материаловедение полупроводников и металловедение. М.: Металлургия, 1973.

496 с.

[7] Колотов А.А., Гильмутдинов Ф.З., Баянкин В.Я. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. Вып. 16. С. 7–12.

Рис. 3. Изменения микротвердости при фотоциклировании для неотожженных образцов (вверху слева) и для образцов, отожженных при различных температурах. Нечетные номера на осях абсцисс соответствуют состояниям после облучения, четные — после релаксации.

С прикладной точки зрения найденные закономерности интересны тем, что демонстрируют существование режимов обработки, при которых, учитывая релаксацию, механические свойства металла, его можно возвращать в измененное под действием света состояние путем повторных облучений. Другой важный вывод состоит в том, что для одного и того же материала могут реализоваться случаи, когда эффект существенно выражен, и случаи, когда он не проявляется. Все это необходимо учитывать при практическом использовании эффекта, а также при проведении исследований.

Работа поддержана программой „Университеты России“ и РФФИ (грант № 02-02-16670).

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып.




© 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.