Поликристаллические керамики на основе нитрида алюминия.

Целью данного проекта является проведение исследований радиационной стойкости к наводораживанию керамик на основе нитрида алюминия, а также изучению изменения физико-химических, оптических и механических свойств в результате накопления дефектов в структуре.

Растровая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, рентгеновская дифракция, определение микротвердости методом индентирования.

Полученные результаты исследования влияния облучения протонами с энергиями 0,5 – 1,5 МэВ при флюенсе 1 × 1017 протон/см2 на механические и структурные свойства нитридных керамик. Установлено, что при низких энергиях налетающих частиц степень деформации кристаллической структуры наибольшая, что обусловлено тем, что все радиационные дефекты замкнуты в малом объеме приповерхностного слоя. Увеличение энергии протонов приводит к увеличению длины пробега протонов в керамике, при этом наблюдается уменьшение повреждений приповерхностного слоя, однако глубина повреждения с увеличением энергии протонов становится больше. Получены результаты изучения процессов дефектообразования вызванными облучением протонами с энергией 1,5 МэВ и дозами 1×1015, 1×1016, 1×1017 ион/см2 в керамиках на основе нитрида алюминия. Анализ структурных изменений показал значительную устойчивость кристаллической структуры при дозах облучения сравнимых с 0,56, 5,6 сна, при этом увеличение величины смещений до 56 сна приводит к существенному увеличению искажений кристаллической структуры и ее разупорядочению, за счет эффекта накопления дефектов в структуре, а также процессов наводораживания. Показана перспективность применения данного класса керамик в качестве конструкционных материалов ядерных реакторов подвергающихся большим дозам воздействия радиации, в частности протонного излучения.

Результаты исследования устойчивости к протонному облучению и процессам наводораживания нитридных керамик позволят в дальнейшем спрогнозировать область применения данных керамик.

ядерная энергетика, материалы для ядерных реакторов, микроэлектроника, радиационностойкие материалы.

поликристаллические керамики на основе нитрида алюминия.

проведение исследований радиационной стойкости к процессам гелиевого распухания керамик на основе нитрида алюминия, а также изучение изменения физико-химических, оптических и механических свойств в результате накопления дефектов, приводящих к аморфизации.

растровая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, рентгеновская дифракция, определение микротвердости методом индентирования.

В ходе проведенных исследований получены зависимости изменения структурных, морфологических и прочностных характеристик от дозы облучения. Установлены критические значения доз облучения (3 – 5 × 1017 ион/см2) для которых степень радиационных повреждений резко увеличивается. Установлено, что основные структурные изменения в керамиках, соответствующие критическим повреждениям происходит при дозах выше 5 – 7 × 1017 ион/см2. Анализ полученных рентгеновских дифрактограмм в развертке φ = 0 – 360°, показал, что при дозах выше 3 × 1017 ион/см2 наблюдается сильная анизотропия формы кристаллитов, которая обусловлена процессами дробления и их разориентации в структуре в результате увеличения дефектной фракции и имплантации гелия с последующим его накоплением и агломерированием. В результате проведенных исследований, определены основные механизмы формирования гелиевых пузырьков, критические дозы при которых начинается формирование второго поколения гелиевых пузырьков, приводящего к резкому снижению твердости и трещиностойкости поверхности. Установлено, что исследуемые поликристаллические керамики AlN показали хорошую устойчивость сохранения механических и теплопроводящих свойств в дозовом диапазоне 1015 – 1017 ион/см2.

Результаты исследования устойчивости к протонному облучению и процессам наводораживания нитридных керамик позволят в дальнейшем спрогнозировать область применения данных керамик.

ядерная энергетика, материалы для ядерных реакторов, микроэлектроника, радиационностойкие материалы.