Во многих работах выявлено влияние размерного эффекта на образование и рост газовых пузырьков, аморфизацию и частично перемешивание элементов. Фазовую стабильность при облучении главным образом будет определять химический состав. Так в работе [14] исследовалась радиационная стойкость Ti-Si-N (nc-TiN/a-Si3N4) нанокомпозита при He+ облучении (Е = 50 кэВ, Ф = 1 × 1017 ионов/см2, Т = 300 К). Обнаружено влияние размерного эффекта на аморфизацию нанокомпозита. Отмечается, что межфазная граница между нанозерном и аморфной матрицей служит в качестве эффективного стока, на котором аннигилируют радиационные точечные дефекты, повышая тем самым радиационную стойкость нанокомпозита. При этом толщина аморфного слоя уменьшается с уменьшением среднего размера нанозерна. Авторы показывают, что оптимальный размер нанозерна составляет около 9 нм, а при дальнейшем уменьшении размера наблюдается обратный эффект. При интерпретации данных результатов авторы использовали термодинамический подход, развитый в [6]. Конкуренция этих противодействующих вкладов определяет изменение свободной энергии Гиббса по сравнению с величиной энергетического барьера структурно-фазового превращения (аморфизации), делая возможным или нет с термодинамической точки зрения такой переход. Детальное внимание о роли межфазных границ на процессы захвата He уделено в работе [26], в которой исследовались 2D (PVD-покрытие, средняя толщина слоя 25 нм) и 3D (HPT+отжиг, средний размер Cu зерна 25 нм, Nb зерна 19 нм) Cu/Nb нанокомпозиты при He+ облучении (Е = 1 МэВ, Ф = (1 × 1013-1,6 × 1017) ионов/см2, Т = 300 К). Авторами был установлен тип границы (ориентация) в данных нанокомпозитах. Показано, что в 2D и 3D образцах, сформированных методом PVD и HPT+отжиг, соответственно, преобладает (111)ГЦК||(110)ОЦК межфазная граница Курдюмова-Сакса, обеспечивающая эффективное улавливание Не газа. Причина этого заключается в большой плотности дислокаций несоответствия на границах, что приводит к локальному избытку концентрации вакансий до 5 ат. %. В работе также рассматривается формирование газовых пузырьков и места их локализации. В 2D Cu/Nb покрытии Не пузырьки образуются на межфазных границах и в пределах слоев, где имеет место пик профиля имплантированного He, однако преимущественно на или около межфазных границ с пониженной концентрацией Не. В таких областях с пониженной концентрацией Не пузырьки «декорируют» Cu/Nb межфазную границу, формируясь на Cu местах в границе. Также отмечается, что плотность пузырьков выше в Cu слоях, чем в слоях Nb. В 3D Cu/Nb нанокомпозите трудно оценить формируются ли преимущественно пузырьки на Cu/Nb межфазных границах, но в некоторых местах есть тенденция находиться на границах зерен. В работе [27] авторы изучали радиационное повреждение при He+ облучении (Е = 100 кэВ, Ф = 6 × 1016 ионов/см2, Т = 300 К) Al/Nb 2D системы, варьируя толщину слоя от 1 нм до 100 нм при суммарной тощине покрытия 2мкм. Данные исследования подтверждают влияние размерного фактора на плотность газовых пузырьков. Показано уменьшение их плотности при уменьшении толщины слоя покрытия вследствие увеличения площади поверхности границ, действующих как эффективные стоки для радиационных точечных дефектов. В области, где концентрация Не предсказана наибольшей при моделировании SRIM, обнаружены Не пузырьки в слоях Al и Nb с диаметром (1-2) нм. Как и в предыдущих работах отмечается появление газовых пузырьков вдоль межфазных границ. Также размерный фактор оказывает влияние на перемешивание. При проведении облучения Al/Nb 2D многослойного покрытия на межфазной границе формируется новая фаза Nb3Al вследствие радиационно-индуцированного баллистического перемешивания, объемная доля которой тем выше, чем меньше толщина слоя. Данная фазы по сравнению с Al имеет более сильные межатомные связи, что в конечном счете служит барьером для взаимной диффузии каждого компонента, таким образом способствуя сохранению структуры слоя после облучения. В работах [28-30] исследовалось облучение AlN/TiN 2D многослойных покрытий. Установлено [29], что AlN/TiN покрытия имеют более высокую радиационную стабильность по сравнению с Al/Ti, которые подвергаются интенсивному перемешиванию при увеличении дозы облучения. При облучении AlN/TiN (22 нм/32 нм)×5 покрытия [28] использовалось ионы Ar+ (E = 200 кэВ, Ф = 4 × 1016 ионов/см2, Т = 300 К ) и Xe27+ (E = 166 МэВ, Ф = 5 × 1014 ионов/см2, Т = 300 К). Авторы данной работы также обнаруживают, что ни баллистическое перемешивание вследствие атомных столкновений, ни перемешивание вследствие возникновение термических пиков не приводят к элементному перераспределению на межфазных границах. Это объясняется взаимной несмешиваемостью AlN и TiN фаз. При облучении возникают химические движущие силы, которые приводят к динамическому расслоению фаз и частично будут компенсировать возникающее перемешивание. Возникающие термические пики при Ar+ и Xe27+ облучении приводят к росту зерен в индивидуальных слоях. Вследствие того, что межфазные границы выступают в роли стоков, то наблюдается образование газовых пузырьков на межфазных границах и вдоль границ зерен. Исследование размерной зависимости [30] при облучении ионами He+ (E = 50 кэВ, Ф = 4 × 1020 ионов/см2, Т = 300 К) этой же системы показало, наилучшая радиационная стойкость достигается, когда толщина слоев составляет (10-20) нм. В этом случае наиболее эффективно подавляется радиационно-индуцированная аморфизация. При уменьшении толщины слоя будет происходить уже перемешивание на межфазных границах. Роль межфазной границы как стока радиационных точечных дефектов и ловушки для имплантированных ионов рассмотрена для таких покрытий как Cr/W [31], Fe/W [32] и TiN [33]. На рисунке 3 показана иллюстрация процесса захвата ионов Не на Cr/W границе, что в конечном итоге препятствует формированию газовых пузырьков. В этих работах также отмечается уменьшение накопления радиационных дефектов с уменьшением толщины слоя. В [31, 32] анализируется формирование газовых пузырей на межфазных границах, причем размер пузырька в слоях может отличаться вследствие различия модулей сдвига [32].
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.