Фізико-хімічні основи створення нових боридних матеріалів для електронної техніки і розробка керамічних катодних вузлів з підвищеною ефективністю - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Фізико-хімічні основи створення нових боридних матеріалів для електронної техніки і розробка керамічних катодних вузлів з підвищеною ефективністюРоботу присвячено вирішенню актуальної науково-технічної проблеми одержання чистих спечених, композиційних та монокристалічних боридних матеріалів шляхом створення фізико-хімічних засад синтезу порошків боридів з контрольованим надлишком бору та дисперсністю, їх компактування з одночасною очисткою на рівні окремо взятих частинок і розробки керамічних катодних вузлів з підвищеними строком служби, накальними та просторово-геометричними характеристиками в газорозрядних та електронно-променевих пристроях електронної техніки. На основі результатів експериментального дослідження кінетики процесів одержання порошків боридів заданої дисперсності та підвищеної чистоти, компактування, ущільнення, очистки від домішок на рівні окремо взятих частинок розплавом на основі бору, росту та перекристалізації зерна, капілярного транспорту розплаву розчинника, теплопередачі, що відбуваються в пористому твердому тілі в умовах безперервного нагрівання та під дією великого температурного градієнта, сформульовані фізико-хімічні принципи виготовлення боридних полі-, монокристалічних та спрямовано-армованих композиційних матеріалів підвищеної чистоти та міцності, на основі яких створено технології виробництва нового покоління керамічних катодних вузлів з заданими енергетичними, просторово-геометричними характеристиками та доброю технологічністю. Борид, порошки, ущільнення, очистка, перекристалізація, температурний градієнт, спрямовано армовані композити, монокристали, боридні катоди, керамічні катодні вузли. Разработаны научные основы получения спеченных, композиционных и монокристаллических материалов повышенной чистоты, плотности и прочности путем комплексной физико-химической обработки порошков тугоплавких боридов с избытком бора в поле температурного градиента. На основе результатов экспериментального исследования кинетики процессов теплопередачи, уплотнения, очистки путем перекристаллизации отдельно взятых частиц через расплав бора, капиллярного транспорта расплава бора, роста размера зерна, которые проходят в пористой прессовке под действием градиента температуры, сформулированы принципы получения чистых материалов.Актуальність. Боридні катоди, і перш за все монокристалічні із гексабориду лантану, мають, порівняно з катодами із тугоплавких металів, на 500-800 ОС нижчу робочу температуру, вищу стійкість до іонного бомбардування, меншу швидкість випаровування, на порядок більшу щільність струму емісії і тому є основою у виробництві ряду пристроїв з електронними та іонними пучками високої інтенсивності, що широко застосовуються як інструмент для проведення технологічних операцій плавлення, зварювання, розмірної обробки, різання, електронно-променевої літографії, для відтворення та запису інформації, дослідження атомної структури та хімічного складу речовин тощо. Великий внесок у розробку боридних катодів внесли В.Я. Шлюко, В.В. Морозов, Г.А. Кудінцева, С.С. Орданьян, Ю.Б. Падерно, В.П. Бондаренко та ін.

Катод працює в складі катодно-підігрівного вузла, який, як правило, включає емітер, нагрівач та струмопідводи, що традиційно виготовляються з тугоплавких металів (W, Mo, Ta та ін.). Тугоплавкі метали мають порівняно низькі температури початку інтенсивної повзучості 0,2-0,3 Тпл, активно взаємодіють з боридами при Т?1100 ОС, що різко підвищує крихкість, знижує стійкість форми конструкції катодно-підігрівного вузла в цілому, призводить до зміни розташування в просторі емітера, обмежує термін його експлуатації.

Окрім того, існуючий монокристалічний гексаборид лантану через застосування в технології формування звязок, що містять вуглець, недостатньо чистий, а це негативно впливає на його емісійні властивості.

Кераміка, виготовлена на основі перехідних металів, має задовільну термодинамічну і термомеханічну сумісність з боридними катодами, порівняно високу температуру початку повзучості ? 0,5-0,8 Тпл, менші, ніж металеві матеріали, коефіцієнти термічного розширення, що може забезпечити більш низький рівень теплових деформацій конструкційних елементів електронно-оптичних систем. Але кераміка є крихкою і маломіцною, що не дозволяє виготовляти конструкційні елементи малого перетину і довести розміри керамічних катодних вузлів до рівня металевих та знизити енергетичні витрати на розігрівання катода до робочої температури.

Тому практичним завданням роботи є розробка високоміцної кераміки та заміна металевих конструкційних елементів катодно-підігрівних вузлів на керамічні.

Боридні катоди і самі катодні вузли, подібно до інструмента, виготовленого із твердих сплавів, високоліквідні, наукомісткі вироби, тому вважається за доцільне розвивати їх промислове виробництво в Україні.