Учебное пособие 1833

УДК 539.216.2

СТРУКТУРА И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК (In2O3/C)74

П.М. Хлоповских1, студент гр. ПФм-151 О.В. Жилова1, И.В. Бабкина1, А.В. Ситников1, О.И. Сысоев2

1Воронежский государственный технический университет

Кафедра физики твердого тела 2ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

Кафедра физики и химии

Представленная работа посвящена исследованию структуры и электрических свойств гетерогенной системы (In2O3/C)74. С целью исследования, методом ионнолучевого распыления были получены многослойные образцы [1]. Причем проводилось последовательное осаждение In2O3 и C на вращающуюся ситалловую подложку при одновременном распылении соответствующих мишеней. Для изменения толщин, напыляемых пленок, между мишенью и подложкодержателем устанавливался V-образный экран. За время напыления были проведены 74 цикла формирования бислоев (In2O3/C). Толщина полученной пленки менялась от 0,028 мкм до 0,136 мкм.

Рентгеновская дифракция исследуемых пленок проводилась на дифрактометре D2 PHASER фирмы BRUKER.

Дифрактограммы пленок (In2O3/C)74 в исходном состоянии:

1 – 0,028 мкм; 2 – 0,054 мкм; 3 – 0,084 мкм; 4 – 0,108 мкм; 5 – 0,135

На рисунке представлены зависимости рентгеновской дифракции пленок (In2O3/C)74 в исходном состоянии для разных толщин. Видно, что при толщинах 0,028 мкм и 0,054 мкм пленка имеет рентгеноаморфную структуру, выраженную широким гало. Пики на дифрактограмме при толщинах больше 0,084 мкм пленка свидетельствуют о кристаллической структуре, причем кристаллическим является кубический оксид индия. При отжигах пленок, имеющих кристаллическую структуру в исходном состоянии наблюдается увеличение размера гранул In2O3. В образцах, имеющих аморфную структуру в исходном состоянии, после термической обработки 250 °С происходит кристаллизация оксида индия. Анализ малоугловых дифрактограмм многослойной структуры пленок не выявил.

Анализ удельного электрического сопротивления пленок показал, что при увеличении толщины пленки ρ уменьшается. Такая зависимость может быть объяснена поверхностным рассеянием носителей заряда и структурными изменениями.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки в рамках проектной части государственного задания (проект № 3.1867.2017/4.6).

31

УДК 537.9

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК ZnO, ПОЛУЧЕННЫХ ИОННО-ЛУЧЕВЫМ РАСПЫЛЕНИЕМ

И.С. Ильяшев, студент гр. ТФ-131, М.А. Каширин, Д.М. Логошин, студент гр. ТФ-131, В.А. Макагонов, С.Ю. Панков, аспирант

Кафедра физики твердого тела

Образцы тонких пленок ZnO были получены методом ионно-лучевого распыления на установке, спроектированной и изготовленной на кафедре физики твердого тела ВГТУ [1]. Мишени размером 280х80 мм2 представляли из себя керамические пластины ZnO, закрепленные на медном водоохлаждаемом основании. Напыление производилось как на неподвижную, так и на вращающуюся подложку. Для получения тонких пленок разной толщины в едином цикле напыления между мишенью и подложкодержателем устанавливался V-образный экран. Образцы были промаркированы таким образом, что с увеличением номера толщина пленки ZnO увеличивалась.

На рис. 1 представлена зависимость электросопротивления тонких пленок ZnO (рис.1) в зависимости от номера образца. Видно, что с увеличением номера (толщины) образца электросопротивление понижается на несколько порядков, как для пленок полученных на неподвижную, так вращающуюся подложку. При этом для тонких пленок с низким порядковым номером, полученным первым способом, электросопротивление выше, чем полученных вторым. Это может быть связано с неравномерностью толщины пленки вдоль образца.

Для определения типа носителей заряда в тонких пленках ZnO было проведены исследование термоэдс методом горячего зонда (рис. 2). Полученные зависимости приведены на рис. 2 и свидетельствуют о том, что основным типом носителей заряда, вне зависимости от параметров распыления являются электроны. Кроме того, из графиков видно, что для образцов, полученных без вращения подложки термоэдс увеличивается с увеличением номера образца, в то время как термоэдс пленок, напыленных на вращающуюся подложку термоэдс практически не изменяется.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 16-08-36411).

Литература 1. Ситников А.В. Электрические и магнитные свойства наногетерогенных систем ме-

талл – диэлектрик: дис. … д–ра физ. – мат. наук : 01.04.07 / Ситников А.В.; Воронежский гос. тех. университет. – Воронеж: 2010. – 318 с.

32

33

УДК 538.953

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ГРАДИЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ NI-ZrO2 МЕТОДОМ ОБРАТНОГО РЕЗЕРФОРДОВСКОГО РАССЕИВАНИЯ (RBS)

М.С. Филатов, аспирант, О.В. Стогней

Кафедра физики твердого тела

Одним из возможных путей улучшения различных механических свойств функциональных покрытий является создание покрытий металл керамика с градиентным профилем. Для исследования структуры и свойств подобных покрытий необходимо использование сложных аналитических методик. В данной работе представлены результаты исследования элементного состава градиентных композитов Ni-ZrO2 с помощью резерфордовского обратного рассеивания (RBS). Метод RBS является уникальным методом неразрушающего контроля поверхности. В основе метода лежит явление кулоновского рассеяния быстрых ионов атомами исследуемого вещества на углы больше 90°. Зависимость энергии рассеянного иона от массы рассеивающего атома обеспечивает возможность элементного анализа образцов [1]. На рисунке представлен глубинный концентрационный профиль градиентных пленок Ni-ZrO2.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-42-360778 р_а.

Литература 1. Горшков, О.Н. Применение методов резерфордовского обратного рассеяния ио-

нов и ионно-индуцированного рентгеновского излучения для анализа элементного состава и структурного совершенства твердых тел: учебно-методические материалы / О.Н. Горшков, А.Н. Михайлов, В.К. Васильев. – Нижний Новгород. – 2007. – 59 с.

34

УДК 678.01:539.3/.4

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ВЫКЛАДКИ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

К.С. Габриельс, О.А. Караева, А.М. Кудрин, Д.В. Полухин

Воронежский государственный технический университет

В настоящее время полимерные композиционные материалы (ПКМ) находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Наиболее востребованы углеродными ПКМ оказались в авиакосмической сфере, так как вес и прочность играют ключевую роль в конструкции изделий. Тенденции развития современной авиационной отрасли задают новые, высокие требования, предъявляемые к качеству, точности и повторяемости изготовления деталей, повышению технологичности производственных процессов, сокращению трудоемкости и повышению производительности. В связи с этим, автоматизация процессов получения композиционных материалов на сегодняшний день является одной из самых актуальных задач современного производства ответственных изделий из ПКМ.

Процесс адаптации полимерных композиционных материалов под нужды систем автоматизированных выкладок является комплексным и включает в себя несколько стадий. На примере армирующего материала Formosa TC-35 12K и полимерного связующего Т-107 была разработана и отработана технология подготовки исходного сырья в соответствии с техническими требованиями комплекса выкладки MAGViper 1200, которая включала в себя этапы порезки широкой ленты на жгуты 6,35 мм и их перемотка на отдельные бобины. На основе полученного сырья, в автоматическом режиме были выложены партии образцов экспериментальных однослойных и многослойных пластин, в соответствии с заданными в управляющих программах значениями управляющих параметров. Из полученных образцов пластин были изготовлены элементарные образцы и проведен комплекс их физико-механических испытаний, анализ результатов которого позволил выбрать наиболее оптимальный технологический режим выкладки и формования. Основные прочностные характеристики партии представлены в таблице.

Результаты физико-механических испытаний

Одновременно с решением практических задач, были проведены исследовательские работы и теоретического характера. Основываясь на результатах отработки и разработки технологии автоматизированной выкладки и значениях прочностных характеристик образцов выбранного материала, была построена математическая модель оценки влияния управляющих параметров процесса выкладки на физико-механические свойства композиционных материалов.

База теоретических и практических разработок позволяет их применять в дальнейшем при проведении работ по адаптации новых материалов к нуждам комплексов автоматизированных выкладок.

35

УДК 678.01:539.3/.4

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПРОЦЕССА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ВЫКЛАДКИ

М.Ю. Воскобойник, О.А. Караева, А.М. Кудрин, Д.В. Полухин, А.А. Лялин

Воронежский государственный технический университет

Внастоящее время полимерные композиционные материалы (ПКМ) получили широкое распространение при изготовлении изделий в различных областях промышленности. Высокая прочность, низкий вес и стойкость к переменчивым условиям окружающей среды, обусловили применение ПКМ при производстве легких высоконагруженных изделий и конструкций. В авиационной, ракетно-космической и машиностроительной областях промышленности наибольшее применение нашли изделия из ПКМ изготовленные по препреговой технологии.

С увеличением объемов производимых изделий возникает необходимость в оптимизации технологического процесса, путем перехода от ручного метода выкладки материала к автоматизированному. С применением оборудования для автоматизированной выкладки изменяются требования, предъявляемые к получаемому технологическому материалу. Таким образом, существует потребность в адаптации применяемых материалов и разработке технологии получения технологического материала для автоматизированной выкладки в соответствии с требованиями имеющегося оборудования.

Впроцессе разработки технологии получения технологического материала для автоматизированной выкладки, выбраны армирующие наполнители и полимерные связующие растворного и расплавного типа. Отработаны оптимальные режимы получения препрегов на основе однонаправленных углеродных лент с использованием нитей Formosa TC-35 12K, а также углеродных лент марок ЛУ/П и УОЛ-300Р с применением связующих марок ЭНФБ, Т-6815 и Т-107.В процессе изменения управляющих параметров пропитки (режимов) изготовлены опытные партии технологических материалов и проведены исследовательские испытания физико-механических свойств. Результаты испытаний представлены в таблице.

Результаты исследовательских испытаний

σ, МПа – предел прочности при растяжении и сжатии; τ12, МПа – предел прочности при сдвиге в плоскости листа; τ13, МПа - предел прочности при межслоевом сдвиге.

На основе результатов проведена корректировка оптимальных режимов изготовления технологического материала. Все изготовленные опытные партии материалов на основе расплавных связующих (Т-6815, Т-107) в дальнейшем показали высокую технологичность для процессов автоматизированной выкладки.

36