Пори у конденсатах і композиційних системах

У системі, де пори як друга фаза із загальним об'ємом Vп рівномірно розподілені по об'єму Vm матриці М, що являє собою однорідну тверду фазу, так що загальний об'єм усієї системи складає V = Vm + Vn, при наявності газу Г як третього компонента можливе утворення трьох розчинів: вакансій у матриці (М-П); газу в матриці (М-Г); газу в порах (П-Г), включаючи пару атомів матриці. Відповідно до правила фаз, ця М-П-Г- система має три ступені свободи, з якими можуть змінюватися, наприклад, об'єм, ентропія і концентрація компонентів у кожній із фаз. Якщо матриця складається з атомів одного сорту, а Nm, Nmg і Nmv - числа атомів матриці, газу і вакансій в одиниці об'єму матриці (числа молей); Npg і Npv - числа атомів газу і вакансій в одиниця об'єму, зайнятого порами; Nmо і Npо - загальні числа атомів (включно з вакансіями як “атомами порожнечі”) в одиниці об'єму матриці й у порах і при цьому умовно приймається, що кількість вакансій у порі - це ефективне число “атомів порожнечі”, сумарний об'єм яких еквівалентний об'єму пори, незайнятому атомами газу і пару матриці, то концентрації атомів матриці, газу і вакансій у матриці складатимуть cm = Nm/Nmо; cmg = Nmg/Nmо і cmv = Nmv/Nmо, а концентрації атомів газу і вакансій у порах cpg = Npg/Npо і cpv = Npv/Npо відповідно при допущенні, що об'єм вакансії ?рv у порах і в матриці ?mv однаковий (строго кажучи, ?mv < ?рv). Змінення об'єму dV усієї М-П-Г-системи становитиме:

dV = dNm??m + dNmv??mv + dNmg??mg + dNpv??pv + dNpg??pg,

де ??m - сумарний об'єм атомів матриці; ??mg і ???pg - сумарні об'єми атомів газу в матриці й у порах; ??mv і ??pv - сумарні об'єми вакансій у матриці й у порах відповідно. Оскільки вакансії мають нульову масу, змінення маси М-П-Г- системи визначатиметься лише трьома доданками:

dm = MmdNm + MmgdNmg + MmpdNpg,

де Mm, Mmg і Mmp - сумарні маси відповідно атомів матриці, атомів газу в матриці й атомів газу в порах. Змінення ентропії dS такої системи можна представити у вигляді:

dS = dоSm + dоSp + drSm + drSp,

де dоSm і dоSp - потоки ентропії, обумовлені взаємодією матриці і пор із навколишнім середовищем (dSm + dSp = dS); drSm і drSp - збільшення ентропії, що обумовлені змінами всередині матриці і пор, відповідно. Для оборотних процесів ці збільшення дорівнюють нулю, для необоротних процесів вони завжди більше нуля. При цьому єдиним критерієм необоротності процесів, що мають місце у розглянутій псевдотрикомпонентній двофазній М-П-Г- системі, є нерівність: drSm + drSp > 0. Приріст ентропії всередині системи дорівнюватиме нулю тільки після встановлення теплової рівноваги.

Узагальнені рівняння ўіббса для системи з автономною міжфазною (“матриця-пори”) поверхнею мають вигляд:

TmdSm = dUm - (?Lіdlі )m - (?mdNm + ?mvdNmv + ?mgdNmg);

TpdSp = dUp - (SLіdlі )p - (?pvdNpv + ?pgdNpg),

де dUm і dUp - змінення питомої (на одиницю об'єму) внутрішньої енергіїматриці і пор; ?m, ?mv, ?mg, ?pv, ?pg - парціальні питомі (на одиницю об'єму) хімічні потенціали атомів матриці, вакансій і атомів газу в матриці, а також вакансій і атомів газу в порах відповідно. У зв'язку з нульовою масою вакансій як “атомів порожнечі”, формалізм, що допускається при розрахунках параметрів М-П-Г-системи, є виправданим, якщо всі розрахунки провадити виключно на основі аналізу об'ємних змін у системі.

За аналогією зі звичайними трикомпонентними системами квазитрикомпонентну М-П-Г- систему в цілому зручно представляти у барицентричних координатах трикутником Гіббса (рис.1), вершини якого відповідають однокомпонентним системам, тобто 100%-ний концентрації кожного з компонентів - матриці, “порожнечі” і газу.

Фіґуративні точки, розташовані усередині трикутника МПГ, зображують локально концентраційний склад даної системи. При цьому об'ємна концентрація кожного з компонентів у даній фіґуративній точці, відповідно до узагальненого правила центра ваги, являє собою відношення площі S протилежного трикутника з даною фіґуративною точкою в одній з його вершин до площі SМПГ усього концентраційного трикутника.

Наприклад, об'ємні концентрації матриці cМ, “порожнечі” cП і газу cГ у точці А дорівнюватимуть відповідно

cМ = SГАП/SМПГ; cП = SМАГ/SМПГ; cГ = SМПА/SМПГ

Фіґуративні точки, розташовані безпосередньо на сторонах трикутника МПГ, зображують концентраційний склад відповідних двокомпонентних М-П, М-Г і П-Г- систем, концентрації компонентів яких визначаються відношенням площі трикутника, протилежного даному компоненту, до площі трикутника МПГ. Якщо в системі утворюється хімічна (“матриця-газ”) сполука С постійного складу при наявності двох (М-П і П-Г) областей, у кожній з яких ця сполука є третім незалежним компонентом, діаграму рівноваги М-П-Г- системи можна поділити на дві самостійні діаграми, що відповідають трикутникам МПС та СПГ (рис.1а). Концентраційний склад системи у фіґуративній точці А, буде виражено при цьому відношенням площ трикутників відповідно СПА, АПГ і САГ до площі нового концентраційного трикутника СПГ, куди потрапляє фіґуративна точка. Однофазна область існування в М-П-Г-системі квазитрикомпонентних розчинів газу і вакансій у матриці обмежується лінією ln (насичені розчини) на трикутнику МПГ, розглянутому як ізотермічний переріз діаграми стану (рис. 1б). Метастабільним М-Г і М-П- розчинам, ступінь насиченості яких може бути набагато вище, ніж рівноважних, відповідає область, розташована між лініями ln і l'n'.

Наявність газу і пари атомів матриці в порах відображує область, що прилягає до вершини П трикутника МПГ і обмежена лінією pq (p'q' - границя метастабільності). У двофазній (М-П) області l'n'p'q' на базі матриці можуть утворюватися лабільні газовакансійні розчини, схильні до миттєвого розпаду з утворенням газонаповнених пор. Фіґуративна точка А в цій області визначає систему, співвідношення об'єму V компонентів якої пропорційно відношенню площ S відповідних трикутників, тобто

VМ : VГ : VП = (SАКГ/SmКГ) : (SmКА/SmКГ) : (SmАГ /SmКГ) =

= (SАКГ /SmґКґГ) : (SmґКА/SmґКґГ) = (SmґАГ/SmґКґГ)

При повному виділенні газу з матриці в пори потрійна діаграма перетворюється в діаграму бінарної М-Г- системи, а при повній дегазації матриці й пор - у діаграму М-П -системи. Тоді за правилом важеля

VМ : VП = (lГ/МГ) : (nП/МГ ) = (l'Г/МГ ) : (n'П/МГ)

Умовність діаграмного представлення М-П-Г- систем у широком інтервалі температури полягає в тому, що об'ємне вираження концентрації компонентів вуалює необоротність температурної залежності концентраційного складу системи в циклах “нагрівання-охолодження”, оскільки квазикомпонент “порожнечі”, що має нульову масу, здатний залишати систему безповоротно, не порушуючи закону збереження мас. Температурні діаграми М-П-Г-систем можуть розглядатися як оборотні у вузьких температурних діапазонах, що відповідають здійсненню квазистаціонарних процесів. Багато в чому вони залежать від ступеня досконалості структури, типу структурних дефектів, характеру їх розподілу і тому можуть описувати систему, надаючи уявлення, головним чином, про тенденції поводження її в широкому діапазоні температури. Зручні такі діаграми своєю наочністю для відображення і вивчення кінетики фазових (внутрішньо-фазових) перетворень при послідовній їх побудові для різної температури в процесі одноразового ізохронального нагріву або поетапного ізотермічного нагріву, при вивченні процесів газонасичення, дифузійного, деформаційного і радіаційного пороутворення в пористих системах.

Висновки

У результаті проведенного комплексу досліджень вирішено наукову проблему генези та еволюції пор у конденсатах і характерних композиційних системах при дії зовнішніх чинників з обґрунтуванням концепції розгляду пор як фазово-структурних неоднорідностей на основі принципів термодинаміки фазових станів та діаграмного представлення пористих систем.

Основними науковими і практичними результатами роботи є такі:

1. Пори є характерним структурним компонентом аморфних і кристалічних конденсованих систем, утворення якого обумовлено закономірностями й особливостями процесів формування аморфних і кристалічних структур під час конденсації речовини.

2. Основними чинниками, які визначають характер процесів конденсаційного пороутворення, є конкуренція дифузійних і сорбційних процесів, газовиділення та газопоглинання, орієнтувальна дія молекулярного потоку, співвідношення між ступенем переохолодження, швидкостями випарування та конденсації, структурний стан, хімічний склад і топологія поверхні підкладки та відмінність її теплової дилатації від конденсату.

3. Механізми конденсаційного пороутворення - дифузійно-вакансійний, сорбція газів, ефект “затінення”, нещільне зрощення елементів структури, неоднорідність росту, пов'язана з топологією поверхні конденсації, мікроусадка, ударний і крапельний, що обумовлені механізмами конденсації, діють у сукупності в різних співідношеннях залежно від фізичних умов формування структури конденсату, піддаючись програмуванню.

4. Введення у конденсат інородних нерозчинних домішок сприяє розвитку конденсаційної пористості і стабілізуванню пористої структури.

5. Найбільш ефективним шляхом стимулювання процесів утворення стабільної розгалуженої пористої структури у плівках та покриттях є сполучення об'ємної конденсації з конденсацією із молекулярного потоку, а також застосування йонно-плазмових способів розпилення в умовах підвищеного тиску робочих газів.

6. Формування полімодальних пористих структур із розгалуженим внутрішнім вільним об'ємом в аморфних і дисперсних полікристалічних конденсатах та композиційних системах призводить до набуття ними фрактальних ознак, коли індивідуалізація окремих пор стає умовною, а фрактальна розмірність характеризує ступінь розгалуженості мережі лабіринтних пор і шорсткості їх внутрішньої поверхні.

7. У практичному плані пористі конденсати з полімодальним розподілом субмікропор можуть використовуватись як “молекулярні сита” при хроматографічному розділенні газових сумішей, а покриття з розвиненою внутрішньою поверхнею є ефективними для виготовлення високоємних електролітичних конденсаторів, стабільних терморегулювальних і світлопоглинальних покриттів.

8. В умовах епітаксійного нарощування конденсатів утворювані субмікропори набувають огранення кристалографічними площинами з мінімальною поверхневою енергією, зокрема площинами спайності, утворюючи так звані “від'ємні кристали”, що успадковують кристалографічну орієнтацію базового кристалу-підкладки.

9. Пористість епітаксійних плівок найбільш ефективно мінімізується шляхом конденсації у квазизамкнутому об'ємі в умовах інтенсивної обмінної взаємодії нарощуваного шару з паровою фазою при досягненні оптимального співвідношення між температурами випарування і конденсації, що забезпечує наближення до умов термординамічної рівноваги.

10. Під дією стискувальних мікронапружень, що виникають при охолодженні епітаксійних конденсатів унаслідок різниці коефіцієнтів лінійного розширення конденсату і підкладки, відбувається деформація й подрібнення “від'ємних кристалів” (огранених пор) шляхом додаткового огранення їх площинами ковзання. Вдосконалення субструктури епітаксійних плівок при післяконденсаційному їх нагріві супроводжується термічно активованими процесами коалесценції “від'ємних кристалів” і набуттям ними рівноважної форми у відповідності з термодинамічними критеріями.

11. Еволюція пористої структури високочистих полікристалічних конденсатів при їх нагріванні має стадійний характер і контролюється переважно процесами граничної та поверхневої дифузії. Нетривалі теплозміни сприяють удосконаленню структури полікристалічних плівок і покриттів й інтенсифікують процеси заліковування пор. Тривала ТЦО крупнокристалічних конденсатів, що відзначаються анізотропією коефіцієнта лінійного розширення, призводить до ґенерування пор деформаційно-дифузійного походження. Термопружні розтягувальні мікронапруження, що виникають у покриттях у напівциклі нагріву внаслідок різниці коефіцієнтів лінійного розширення конденсату і підкладки, сприяють розвитку пористості дифузійно-деформаційного походження.

12. Визначальну роль у розвитку пористості при ТЦО матеріалів металургійного походження відіграють інородні домішки, особливо, гази. Чутливість конденсатів чистих металів до ТЦО обумовлена їх газонасиченістю. При ТЦО як ізотропних, так й анізотропних щодо теплової дилатації металів провідним є стимульований теплозмінами газовакансійний процес пороутворення. Інорідні дисперсні виділення у полікристалічних конденсатах не лише гальмують процеси спікання пор, але й сприяють розвитку пористості при нагріванні внаслідок декогезії і термічно активованого часткового розчинення дисперсних часток.

13. У результаті високоенергетичного (> 170 кеВ) йонного опромінення в конденсатах чистих металів активно розвиваються процеси радіаційного пороутворення, інтенсивність яких зростає зі збільшенням флюенсу та енергії йонів. Радіаційна стійкість захисних покриттів для атомної енергетики значно зростає при введенні нерозчинних дисперснозміцнювальних доміщок геттерів у конденсати зі стовпчастими елементами структури, поперечний розмір яких не перевищує критичний розмір зародка блістеру, що дає можливість відведення надлишку імплантованого гелію і недопущення його накопичення у приповерхневій зоні основного металу.

14. Радіаційна пористість в епітаксійних конденсатах чистих металів виникає навіть при низькоенергетичному (? 20 кеВ) йонному їх опроміненні при кімнатній температурі, що викликає інтенсивне утворення газовакансійних кластерів, які зі зростанням флюенсу стають зародками радіаційних пор. Зародження субмікропор у газонасичених металах спонукається також допороговим ВУФ опроміненням, здатним стимулювати дифузійні процеси внаслідок активації атомів газів.

15. Вільний об'єм, що виникає при твердінні аморфних сплавів, переважно локалізується, утворюючи області зниженої густини (ОЗГ) у вигляді субмікро-, мікро- і макропор, концентрація, форма, орієнтація та розподіл за розмірами яких визначаються механізмами газово-парової пористості, кавітації та мікроусадки.

16. Характер термічно активованого збільшення локалізованого вільного об'єму в аморфних сплавах за рахунок зростання їх пористості подібний до дифузійного пороутворення при нагріванні перенасичених вакансіями полікристалів. Унаслідок збільшення вільного об'єму знижується чутливість сплаву до теплозмін, обумовлена полегшенням структурної релаксації на початкових стадіях ТЦО.

17. Фаза “порожнечі” є невід'ємною частиною просторової шарової структурної організації пірографіту, що нерозривно пов'язана з утворенням орієнтованої пористої структури при конденсації з газової фази.

18. Характеристики пористості спечених компактних структур на основі ніобію, що використовуються в оксидно-напівпровідникових конденсаторах, визначаються ступенем гідрогенізації сировинних порошків, а ефективним способом стабілізації цих характеристик є леґування компактних структур газоподібним азотом.

19. Високотемпературна деформація монокристалів із характерним анізотропним характером пластичної деформації і руйнування породжує пористість деформаційно-дифузійного походження, в результаті дифузійно активованих процесів базисного і призматичного ковзання. При взаємодії з народжуваними рухливими дислокаціями пори ростуть лише уздовж площин спайності монокристалу, стаючи зародками майбутніх мікротріщин. Деформаційно-дифузійна пористість виникає також у кристалах з інородними включеннями внаслідок міжфазних внутрішніх напружень, обумовлених різницею термічних коефіцієнтів розширення кристалу і включень.

20. Особливості процесів конденсаційного пороутворення у космосі обумовлені ослабленням в умовах невагомості орієнтувального впливу молекулярного потоку і посиленням ролі дифузійно-вакансійного механізму на формування структури конденсату, внаслідок чого утворюються більш крупні й рівноосні пори з меншим ступенем полідисперсності.

21. Основними чинниками відкритого космічного простору (ВКП), що викликають об'ємно-структурні змінення внаслідок процесів пороутворення у конденсатах і фольгах чистих металів та сплавів при тривалому їх перебуванні у ВКП є теплозміни в умовах одночасного ВУФ і протонного опромінення. Прискорені імітаційні наземні випробування дають можливість моделювати процеси пороутворення під дією зазначених чинників і прогнозувати характер породжуваних об'ємно-структурних змінень у конструкційних та функціональних матеріалах при їх тривалому перебуванні у ВКП.

22. На основі принципів термодинаміки обґрунтовано концепцію розгляду пор як фазово-структурних неоднорідностей твердого тіла, а також діаграмного представлення пористих тіл у вигляді нерівноважних гетерогенних псевдо-(n + 2)-компонентних двофазних систем, де квазикомпонент - вакансії розчинено у твердій n-компонентній матриці, а друга фаза “порожнечі” являє собою сукупність вкраплених у матрицю пор. Наявність газу як третього компонента враховується при діаграмному представленні М-П-Г систем, параметри яких у зв'язку з нульовою масою вакансій обчислюються на основі аналізу об'ємних змінень у системі.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Палатник Л.С., Черемской П.Г., Фукс М.Я. Поры в пленках. М.:Энергоиздат, 1982. 216 с.

2. Черемской П.Г. Методы исследования пористости твердых тел. М.: Энергоатомиздат, 1985. 112 с.

3. Черемской П.Г., Слезов В.В., Бетехтин В.И. Поры в твердом теле. М.: Энергоатомиздат, 1990. 376 с.

4. Надмолекулярное строение пирографита / А.А.Сокол, П.Г.Черемской, В.М.Шулаев, А.И.Бакуменко, В.Н.Бондаренко, А.В.Гончаров, Ю.Ф.Гузычко, В.А.Дудкин, В.С.Коган, В.Я.Колот, В.М.Кулинич, А.Р.Маринчев, В.Е.Пуха, В.И.Сухоставец // Препринт АН УССР, Харьковск. физико-технич. ин-т ЦНИИатоминформ; 88-51. Харьков-М.: 1988. 14 с.

5. ФуксМ.Я., Черемской П.Г. Ориентированная пористость, форма элементов структуры и анизотропия микронапряжений в вакуумных конденсатах // Физика металлов и металловедение. 1974. Т.37, №4. С. 808-816.

6. Влияние ориентированной пористости на магнитные свойства конденсированных пленок /Л.С.Палатник, М.Я.Фукс, П.Г.Черемской, А.Г.Равлик, Л.И.Лукашенко // Труды УІ Междунар. колл. по тонким магнитным пленкам. Минск: “Вышейшая школа”, 1974. С. 214-217.

7. Черемской П.Г., Нечитайло А.А. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей аморфными и поликристаллическими пленками бора // Физика твердого тела. 1975. Т.17. С. 3663-3666.

8. Черемской П.Г., Маринчева В.Е., Редкокаша А.П. Микропористость конденсатов сульфида европия // Вестник Харьковск. политехнич. ин-та. Металлофизика.Харьков: “Вища школа”, 1975.№102, вип.1. С. 56-61.

9. Влияние отжига на стабильность макрои микропористости в конденсированных пленках / М.Я.Фукс, П.Г.Черемской, А.А.Нечитайло, А.И.Федоренко, В.В.Демирский. // Физика металлов и металловедение. 1975. т.39, №2. С. 308-318.

10. Кристаллизационная пористость в поликристаллических и эпитаксиальных пленках сульфида свинца / Л.С.Палатник, П.Г.Черемской, М.Я.Фукс, О.Г.Алавердова, Л.П.Шпаковская // Рост и легирование полупроводниковых кристаллов и пленок: Сб. научн. труд. Ч. 2. Новосибирск: изд. АН СССР, 1975. С. 246-247.

11. О структурных изменениях поликристаллов синтетического алмаза при нагреве / Л.С.Палатник, Л.И.Гладких, М.Я.Фукс, З.И.Швецова, П.Г.Черемской // Синтетические алмазы. 1976. №4. С. 3-7.

12. Рассеяние одномерной спиновой волны на анизомерных ориентированных порах / Д.П.Белозоров, П.Г.Черемской, Ю.В.Золотницкий, А.Г.Равлик, А.И.Спольник // Физика твердого тела. 1977. Т.19, №5. С. 1414-1419.

13. Изучение пористости эмалевидных анодных оксидов на титане / Н.А.Марченко, Л.Д.Шашора, П.Г.Черемской, А.В.Аринкин // Журнал прикладной хими. 1977. Т.50, №2. С. 339-342.

14. Локальные неоднородности электронной плотности и субструктура синтетического алмаза / П.Г.Черемской, Л.И.Гладких, З.И.Швецова, А.И.Грабченко, Е.В.Красильников. // Синтетические алмазы. 1977. №5. С. 16-21.

15. Черемской П.Г. Монохроматизация первичного пучка по Борману в малоугловой рентгеновской камере КРМ-1 // Заводская лаборатория. 1977, №1. С. 44-46.

16. Структурные особенности и пористость поликристаллических вакуумных конденсатов алюминия / Л.С.Палатник, В.П.Никитский, П.Г.Черемской, И.Х.Тартаковская, В.П.Свечкин, О.И.Ковалева, Г.В.Жуков // Физика металлов и металловедение. 1978. Т.45, №6. С. 1205-1212.

17. Влияние изотермической и термоциклической обработок на пористость конденсированных пленок магния / М.Я.Фукс, Л.С.Палатник, П.Г.Черемской, А.Л.Топтыгин // Физика металлов и металловедение. 1978. Т.46, №1. С. 114-120.

18. Неоднородность структуры вакуумных конденсатов алюминий-медь / П.Г.Черемской, Х.Х.Прието, А.А.Козьма, В.А.Дудкин // Физика металлов и металловедение. 1979. Т.47, №4. С. 884-887.

19. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей и неоднородности электронной плотности в поликристаллических и эпитаксиальных пленках сульфида свинца / М.Я.Фукс, П.Г.Черемской, О.Г.Алавердова, Л.П.Шпаковская // Известия вузов. Физика. 1979. Т.8. С. 46-52.

20. О морфологии упрочняющей фазы в дисперсноупрочненных композициях П.Г.Черемской, М.В.Бурлакова, А.И.Ильинский, И.А.Савченко, Г.Е.Лях, И.Н. Хлистун // Металлофизика. 1980. Т.2, №6. С. 92-95.

21. Радиационная стойкость конденсированных пленок никеля / П.Г.Черемской, М.Я.Фукс, Г.Д.Толстолуцкая, И.Н.Хлистун, А.А.Нечитайло, А.М. Маркус // Физика металлов и металловедение. 1981. Т.52, №6. С. 1226-1231.

22. Анизотропия малоуглового рассеяния рентгеновских лучей в деформированных монокристаллах бериллия / М.Я.Фукс, П.Г.Черемской, А.С.Паникарский, А.С.Капчерин, И.И.Папиров, Г.Ф.Тихинский, В.С.Шокуров // Доклады АН СССР. 1981. Т. 256, №5. С. 1115-1118.

23. Черемской П.Г. Приставка к аналитическим весам для определения гидростатической плотности твердых тел // Заводская лаборатория. 1981. №5. С. 49-50.

24. Черемской П.Г. Способ определения морфологической ориентировки элементов структуры в пленочных объектах // Заводская лаборатория. 1981. №6. С. 64-65.

25. Влияние изотермической и термоциклической обработок на пористость и внутренние напряжения в никелевых пленках и покрытиях / М.Я.Фукс, П.Г.Черемской, В.В.Белозеров, С.Н.Чувурина, С.Т.Рощенко // Физика металлов и металловедение. 1982. Т.53, №1. С. 52-59.

26. Динамика решетки и субструктура тонких конденсированных пленок золота / А.Т.Пугачев, А.В.Аринкин, Н.П.Чуракова, П.Г.Черемской // Физика металлов и металловедение. 1982. Т.53, №5. С. 911-916.

27. Влияние термической обработки и облучения на структуру и магнитные свойства аморфных пленок кобальт-фосфор / Л.С.Палатник, И.Г.Шипкова, П.Г.Черемской, Л.И.Лукашенко, Г.Д.Толстолуцкая, Л.Г.Муровцев, А.С. Паникарский // Физика металлов и металловедение 1982. Т.54, №4. С. 715-722.

28. Анизотропия формы областей свободного об'ема и дальний магнитгый порядок в аморфных сплавах / О.Л.Утевская, В.П.Макаров, А.М.Глезер, Б.М.Молотилов, П.Г.Черемской, В.П.Кузьмишко // Физика аморфных сплавов: Сб. начн. тр. Ижевск:, 1984. С. 32-36.

29. Начальные стадии формирования радиационных дефектов в пленках никеля, облученных гелием / Л.С.Палатник, А.А.Козьма, П.Г.Черемской, В.И.Пинегин, Л.П.Тищенко, Т.И.Перегон // Доклады АН СССР. 1984. Т. 278, №6. С. 1363-1367.

30. Сверхвысоковакуумный малоугловой рентгеновский дифрактометр / П.Г.Черемской, А.С.Паникарский, Д.А.Гоганов, А.А.Нечитайло, Л.Г.Муровцев // Аппаратура и методы рентгеновского анализа: Сб. научн. труд. Л.: “Машиностроение”, 1985. Вып.34. С. 89-94.

31. Неоднородности электронной плотности и доменная структура аморфных сплавов на основе железа / Л.С.Палатник, П.Г.Черемской, Л.И.Лукашенко, С.Т.Рощенко, Б.А.Авраменко, Л.Г.Муровцев, О.Л.Утевская //Физика металлов и металловедение. 1985. Т.60, №4. С. 695-702.

32. Неоднородность электронной плотности в пленках аморфного кремния /Е.Н.Ионова, И.Н.Колупаев, П.Г.Черемской, А.А.Рябчун, А.И.Федоренко // Известия АН СССР.Неорганические материалы. 1985. Т.21, №7. С. 1077-1081.

33. Электрические свойства и субмикропористость вакуумно-осажденных пленок аморфного кремния / Б.Т.Бойко, П.Г.Черемской, М.В.Лебедева, М.Ю.Усенко, В.А.Руденко, Л.Г.Муровцев // Гелиотехника. 1987. Т.3. С. 37-41.

34. Объемные неоднородности, скачки Баркгаузена и доменная структура аморфного сплава Fe-B-Si-C / П.Г.Черемской, Л.Г.Муровцев, Л.З.Лубяный, Л.И.Лукашенко, О.Л.Утевская, Н.Е.Оверко, С.М.Киреев, В.М.Козин // Физика металлов и металловедение. 1989. Т.68, №1. С. 81-88.

35. Проявление эффекта дальнодействия при облучении поверхностей /А.А.Козьма, С.В.Малыхин, О.В.Соболь, А.В.Аринкин, В.И.Пинегин, Л.С.Палатник, П.Г.Черемской // Физика металлов и металловедение. 1991. №7. С. 168-175.

36. Поверхностные структурные неоднородности контакта диэлектрик/полупроводник в МДП-структуре на ниобии при пиролитическом формировании полупроводникового слоя / Б.И.Байрачный, П.Г.Черемской, В.П.Гомозов, Л.Г.Муровцев, Л.И.Скатков // Поверхность. 1991. №1. С. 108-112.

37. Preparation and characterization of submicropores in MnO2 semiconductor films / B.I.Bayrachny, P.G.Cheremskoy, V.P.Gomozov, L.G.Murovtsev and L.I.Skatkov.// Thin Solid Films. 1991. V. 2017L.7.

38. Исследование поверхностных структурных неоднородностей твердого тела “комбинированным” методом рентгеновского малоуглового рассеяния и ртутной порометрии / Л.И.Скатков, П.Г.Черемской, В.П.Гомозов, Б.И.Байрачный // Поверхность. 1993. №4. С. 112-114.

39. Исследование пористости компактных структур, образованных вакуумным спеканием порошка гидрида ниобия / Л.И.Скатков, П.Г.Черемской, В.П.Гомозов, Б.И.Байрачный // Физика и химия обработки материалов. 1994. №6. С. 157-159.

40. Porous solid niobium as fractal structure / L.Skatkov, V.Konotop, P.Cheremskoy, V.Gomozov and B.Bayrachny // Phys.Stat.Sol. (b).1994.V.183. K1.

41. Влияние воздействия факторов открытого космического пространства на субструктуру и оптические характеристики светопоглощающих терморегулирующих покрытий / Л.С.Палатник, В.П.Никитский, И.Х.Тартаковская, П.Г.Черемской, С.Б.Рябуха, В.А.Дудкин, В.Ф.Пусан, М.А.Бородкина // Поверхность. Физика, химия, механика. 1994. №1. С. 55-63.

42. Investigation of the solid surface structural inhomogeneities by the “combined” small-angle X-ray scattering and Hg porosimetry methods / L.Skatkov, P.Cheremskoy, V.Gomozov, B.Bayrachny // Applied Surface Science. 1996. V.99. P. 367-370.

43. Роль примесей металлов в формировании дефектов диэлектрика оксидных электролитических конденсаторов анодных пленок Nb2O5 / Л.И.Скатков, П.Г.Черемской, В.П.Гомозов, Б.И.Байрачный // Труды Украинского вакуумного общества.Т3. Харьков: изд. НАНУкраины, 1997. С. 512-515.

44. Сравнительный анализ структуры пленок чистых металлов, конденсированных в космических и наземных условиях / Л.С.Палатник, А.Л.Топтыгин, П.Г.Черемской, Б.А.Савицкий, А.В.Аринкин, В.П.Никитский, Г.В.Жуков, В.Ф.Лапчинский, В.Ф. Шулым // Космос: технологии, материаловедение, конструкции. Сб.научн. труд. под ред. акад. Б.Е.Патона.Киев: изд. НАН Украины, 2000. С. 312-317.

45. Pore structure of sintered niobium after reaction with hydrogen and nitrogen / L.I.Skatkov, P.G.Cheremskoy // Powder Metallurgy. 2000. V.43, №2. P. 182-184.

46. Объемно-структурные и фазовые микронеоднородности электронной плотности в металлических пленках, конденсированных в летных и наземных условиях / П.Г.Черемской, А.Л.Топтыгин, А.С.Паникарский, А.В.Аринкин, Л.О.Незнамова, В.Ф.Шулым, Е.С.Михайловская // Космос: технологии, материаловедение, конструкции. Сб.научных трудов под ред. акад. Б.Е.Патона.Киев: изд. НАН Украины, 2000. С. 348-355.

47. Неоднородности электронной плотности в вольфрамовых покрытиях, полученных магнетронным распылением / П.Г.Черемской, Е.В.Соболь, О.В.Соболь, С.В.Малыхин, А.С.Паникарский // Труды 12 Междунар. симп. “Тонкие пленки в электронике”. Харьков: изд. НАН Украины.2001.C. 218-222.

48. А. с. №103481 СССР / Л.С.Палатник, И.Х.Тартаковская, П.Г.Черемской, О.И.Ковалева, В.С.Карлов, Е.Д.Гончаров (СССР). №1597967; Заявлено 04.01.76; Зареєстровано 02.03.1977.

49. А. с. 126170 СССР / Л.Г.Палатник, П.Г.Черемской, М.Я.Фукс, А.И.Федоренко, А.И.Ильинский, А.А.Козьма, В.А.Дудкин, А.Г.Равлик, А.А.Нечитайло, И.Н.Хлистун (СССР) №2235999; Заявлено 27.04.1978; Зареєстр. 07.02.79.

50. Адсорбент для газовой хроматографии: А. с. 793617 СССР / Л.С.Палатник, И.Х.Тартаковская, О.И.Ковалева, П.Г.Черемской, А.И.Кобзарь (СССР). №2722385 Заявлено 07.02.79; Опубл. 07.01.81, Бюл. №1 3 с.

51. Электролитический конденсатор: А. с. 971079 СССР / Л.С.Палатник, И.Х.Тартаковская, П.Г.Черемской, О.И.Ковалева, В.С.Карлов, Е.Д.Гончаров (СССР) // № 1597967; Заявлено 04.01.76; Зареєстр. 01.07.82; Опубл.18.07.82, Бюл. №7 3 с.

52. Способ изготовления объемно-пористых анодов оксидно-полупроводниковых конденсаторов: Патент 2107966 RU / Л.И.Скатков, П.Г.Черемской, В.П.Гомозов, Б.И.Байрачный // №96115801; Заявл. 30.07.96; Опубл. 27.03.1998, Бюл. №9 4 с.

53. Неоднородности электронной плотности в аморфном сплаве Fe-B-Si-C /П.Г.Черемской, Л.Г.Муровцев, О.Л.Утевская, С.А.Киреев, А.С.Паникарский // Тезисы докл. научно-технич. конф. “Физика и техника материалов для магнитопроводов”. Свердловск: изд. АН СССР, 1987. С. 20.

54. Cheremskoy P.G. Application of small-angle X-ray scattering for the investigation of film materials // Collected Absracts 12 European Cristallographic Meeting. Moscow. 1989. V.3. P. 245.

56. Черемской П.Г. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей в аморфных и кристаллических пленках //Тезисы Всесоюзн. конф. по формированию металлических конденсатов. Харьков: изд АН СССР, 1990. С. 15.

57. Studies of surface structure inhomogeneities of microelectronics SD-interface by the small-angle X-ray scattering / L.I.Skatkov, P.G.Cheremskoy, B.I.Bayrachny and V.P.Gomozov //Abstr. 4-th Europ. Conf. ECASIA`91. Budapest (Hungary). 1991. P. 299.

58. Heat-mass exchange under the forming micropores structure for the new electronics technology / B.I.Bayrachny, P.G.Cheremskoy, L.I.Skatkov, V.P.Gomozov and L.I.Skatkov // Abstr. Int. Conf. “Heat and Mass Transfer in Technological Processes”.Jurmala (Latvia). 1991. P. 110.

59. Studies of fractal surface dimension of the niobium sintering powder / L.Skatkov, V.Konotop, P.Cheremskoy, V.Gomozov and B.Bayrachny // Abstr. 5-th Europ. Conf. ECASIA`93. Catania, Itali. 1993. P. 329.

60. Fractal structure of sintering niobium powder / L.Skatkov, V.Konotop, P.Cheremskoy and V.Gomozov // Proc. 38-th International SAMPE Simp. and Exhibition “Advanced Materials: Performance Through Technology Insertion”.Anaheim, California, CA. 1993. C. 13.

61. Гомозов В.П., Скатков Л.И., Черемской П.Г. Компьютерное обеспечение изучения структурных неоднородностей пористого твердого тела // Тезисы докл. Междунар. научно-технич. конф. “Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровье”. Харьков-Мишкольц. 1994. С. 75.

62. Scatcov L., Cheremskoy P., Gomozov V. X-ray investigation of the pore structure of NbH sinter powder / // Abstr. 7-th Europ. Workshop on modern deweloments and application in microbeam analisis EMAS`2001. Tampere, Finland, 2001. P. 248.

63. Application of X-Ray Low-angle Scattering Technique in the Study of Fractal Structures in Porous Composite and Condensed Structures / P.Cheremskoy, L.Skatkov, E.Sobol, O.Sobol and A.Panikarsky // Abstr. 9-th Europ. Conf. ECASIA`01. Avignon, France. 2001. Р. ТН-Р-САТ03.

Анотація

Черемський П.Г. Пори у конденсатах і композиційних системах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07. - фізика твердого тіла. - Харківський національний університет ім. В.Н.Каразіна, м.Харків, Україна, 2002.

Дисертацію присвячено вивченню генези та еволюції пор у конденсатах і характерних композиційних системах під дією зовнішніх чинників й обґрунтуванню концепції розгляду пор як фазово-структурних неоднорідностей твердого тіла на основі приципів термодинамі ки фазових станів і діаграмного представлення пористих систем.

Встановлено закономірності й механізми процесів пороутворення в аморфних і кристалічних конденсатах та композиційних системах, а також умови набуття ними фрактальних ознак у залежності від фізичних умов формування структури, що необхідно для програмування характеристик пористості конструкційних і функційних матеріалів. Досліджено еволюцію пористих структур під дією газонасичення, ізотермічного нагріву, тривалих теплозмін, опромінення та механічного навантаження. Встановлено визначальні чинники, що впливають на процеси пороутворення у космосі, й характер залежності від них пористості, що використовуються в аерокосмічній та інших галузях техніки матеріалів для прогнозування їх роботоздатності при тривалій екплуатації в натурних умовах.

Ключові слова: вакансії, пори, конденсати, рентгенівське малокутове розсіяння, густина, коалесцеція, вільний об'єм, фаза, неоднорідності.

Аннотация

Черемской П.Г. Поры в конденсатах и композиционных системах. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07. - физика твердого тела. - Харьковский национальный университет им. В.Н.Каразина, г. Харьков, Украина, 2002.

Диссертация посвящена проблеме генезиса и эволюции пор в конденсатах и характерных композиционных системах под влиянием внешних факторов, а также обоснованию концепциии рассмотрения пор как фазово-структурных неоднородностей твердого тела на основе принципов термодинамики фазовых состояний и диаграммного представления пористых систем. Охват совокупности внутренних и открытых пор всего спектра их размеров, начиная с 0,15 нм,осуществлен благодаря сочетанию методов рентгеновского малоуглового рассеяния, ртутной порометрии, световой, электронной и рентгеновской теневой микроскопии, прецизионного измерения гидростатической плотности, сорбционных и других методов. Создание сверхвысоковакуумного малоуглового рентгеновского дифрактометра с повышенным разрешением для “in situ” съемок позволило изучать наиболее ранние стадии развивающихся процессов под влиянием внешних воздейстий в контролируемой и регулируемой по давлению и составу окружающей среде.

Установлены закономерности и механизмы процессов порообразования в получаемых различными способами аморфных и кристаллических конденсатах, аморфных сплавах, компактных структурах на основе спекаемых порошков, синтетических алмазах, пирографите и др., а также уcловия обретения пористыми системами фрактальных признаков. Выявленные в работе зависимости характеристик пористости конденсатов и некоторых композиционных систем от физических условий их формирования стали базовыми для программированного получения пористых структур, применяемых для создания высокоемких конденсаторов, эффективных светопоглощающих терморегулирующих, антифрикционных и радиационностойких покрытий, “молекулярных сит” для хроматографического разделения газовых смесей и др. Установлены оптимальные условия получения низкопористых пленок металлов и полупроводниковых соединений.

Изучен стадийный характер эволюции пористости материалов в различном структурном состоянии при газонасыщении, нагреве, теплосменах, внешнем нагружении, ВУФ, протонном и гелиевом облучении, а также в результате многофакторных воздействий. Показана инициирующая роль газов в процессах порообразования при термоциклировании и ВУФ облучении металлов.

Установлены закономерности деформационно-диффузионного порообразования в кристаллах, содержащих отличающиеся по тепловой дилатации инородные включения, а также при высокотемпературной деформации анизотропных монокристаллов, где поры непрерывно зарождаются и растут вплоть до разрушения кристалла исключительно по плоскостям спайности независимо от схемы деформирования кристалла, как и при холодной деформации на изгиб.

Определены основные факторы, влияющие на процессы порообразования в космосе, и характер зависимости от них пористости применяемых в аэрокосмической и других отраслях техники материалов. Показана возможность моделирования процессов образования и поведения пор под влиянием установленных факторов путем ускоренных наземных испытаний для прогнозирования работоспособности материалов при длительной их эксплуатации в натурных условиях. Физическая модель такого прогнозирования основывается на развитом в работе подходе к порам как фазово-структурным неоднородностям и на диаграммном представлении многокомпонентных пористых систем, учитывающем наличие газообразного компонента в матрице и порах.

Ключевые слова: вакансии, поры, конденсаты, рентгеновское малоугловое рассеяние, плотность, коалесценция, свободный объем, неоднородности.

Annotation

Cheremsky P.G. Pores in condensates and composites systems. - Manuscript.

Dissertation to get the degree of doctor of science in physics and mathematics, speciality 01.04.07 - solid state physics. - V.N.Karasin Kharkiv National University, Kharkiv, Ukraine, 2002.

The thesis is devoted to investigation of genesis and evolution of pores in condensates and typical composite systems under external influence as well as to grounding the concept of pores as phase and structure nonuniformities in solids based on thermodynamical principles of phase equilibrium and diagram representation of pore systems. The regularities and mechanisms of pore generation in amorphous and crystalline condensates and composite systems as well as the conditions for occuring the fractal features in them were established dehending on structure formation conditions that is necessary for setting the porosity characteristics in construction and functional materials. The evolution of porous structures under gas saturation, isothermal heating, long-time thermal cycles, irradiatiation and mechanical loading has been studied. The main factors affecting on pore generation in outer space were established along with depondencies on them for porosity of materials applied in aerocosmic and other fields of material technics in order to predict their efficiency under long-time exploitation in natural conditions.

Key words: vacancies, pores, condensates, X-ray small-angle scattering, density, coalescence, free volume, phase, nonuniformities.

Размещено на Allbest.ru