CC BY
131Решетнеескцие чтения. 2015
3. Non-Destructive Testing: Reference: In 7 m., Ed. Ed. VV Klyuyev. T. 3: Ultrasonic testing / IN Yermolov, Y. Lange. M .: Mashinostroenie, 2004. 864 p .: ill., 86 p.
4. Nerazrushayuschny Control Handbook: The 7 m., Ed. Ed. VV Klyuyev. T. 2: 2 books. M .: Engineering, 2003. 688 p .: ill., 27, p.
5. Nondestructive testing and diagnostics: Reference / V. V. Klyuyev, F. R. Sosnin, A. V. Kovalev et al.; Ed. V. V. Klyuyev. 2nd ed., Rev. and add. M. : Engineering, 2003. 656 pp., 1ll., 86 p.
© Бакулин Я. Ю., Журавлев В. Ю., 2015
УДК 629.7.036.74
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ГЕКСАБОРИДА ЛАНТАНА ДЛЯ КАТОДОВ - КОМПЕНСАТОРОВ СПД
Я. А. Бондаренко, А. В. Рыченко
Опытное конструкторское бюро «Факел» Российская Федерация, 236001, Калининград, Московский проспект, 181 E-mail: [email protected]
Описана технология получения монокристаллического гексаборида лантана способом бестигельной зонной плавки. Проиллюстрированы этапы отработки технологии изготовления монокристалла, основные характеристики материала до и после проведения зонной плавки. Проводится сравнение горячепрессованных и зонно-плавленных образцов и их анализ.
Ключевые слова: гексаборид лантана, термоэмиттер, монокристалл, термокатод, горячее прессование, зонная плавка.
TECHNOLOGY TO PRODUCE SINGLE-CRYSTAL LANTHANUM GEKSABORID FOR CATHODES-COMPENSATORS FOR SPT
Y. A. Bondarenko, A. V. Rychenko
Experimental design bureau «Fakel» 181, Moskovsky prosp., Kaliningrad, 236001, Russian Federation
E-mail: [email protected]
The article describes the production technology of single-crystal lanthanum geksaborid for cathodes-compensators for SPT by floating zone melting method. It illustrates the main steps of the manufacturing single crystal development, the basic characteristics of the material before and after the zone melting. Further we compare samples and analyse them.
Keywords: geksaborid of lanthanum, thermoemitter, signle crystal, thermocathode, hotpressing, zone melting.
Введение
Современные тенденции в развитии термокатодов в основном направлены на обеспечение эмиссионных характеристик во все более жестких условиях эксплуатации (высокие и низкие температуры, низкий и сверхвысокий вакуум, агрессивные и инертные среды, интенсивные ионные и электронные бомбардировки, различного вида облучения и др.); на выбор материала катода с оптимальными свойствами, обеспечивающими заданную плотность тока эмиссии и ее однородность на поверхности. В большинстве случаев стабильность работы термокатода определяется выбором материала [1].
Гексаборид лантана - наиболее эффективный материал, обладающий уникальным комплексом свойств таких как высокая плотность эмиссионного тока в значительном диапазоне давлений, высокая эрозион-
ная стойкость к ионной бомбардировке, восстанавливаемость эмиссии после отравления. По этой причине гексаборид лантана является наиболее подходящим материалом для изготовления термокатода [2].
Однако в России изготовителей и поставщиков данного материала нет, поэтому для ОКБ «Факел» является актуальной задача изготовления термоэмиттеров из гексаборида лантана самостоятельно.
Способы получения монокристаллических термоэмиттеров
Получение монокристаллов гексаборида лантана можно разделить на два этапа: получение заготовок и выращивание кристалла. Заготовки получали методом горячего прессования.
Процесс прессования осуществляется при температуре 2 000 оС и давлении около 300 кгс/см2, при которых появляется некоторая пластичность материа-
Ракетно-космические двигатели, энергетические установки летательными космических аппаратов
ла, а остаточная пористость может быть доведена до единиц процентов.
Освоение на «Факеле» технологии выращивания монокристалла состояло в следующем: прессованная заготовка гексаборида лантана устанавливается на нижнем вращающемся штоке, а затравка в верхнем, их закрепляют в держателях (цанги) внутри рабочей камеры. Затравочным кристаллом служит монокристалл с необходимой кристаллографической плоскостью. Затравка и заготовочный стержень визуально центруются относительно оси внутреннего отверстия индуктора. Соосность затравки и заготовочного стержня относительно оси индуктора регулируется с помощью вращения нижнего штока. Посредством токов высокой частоты, индуцируемых в заготовочном стержне высокочастотным электромагнитным полем генератора, осуществляется разогрев узкой части образца до температуры плавления и ввод затравки в контакт с расплавом. Далее происходит затравливание заготовочного стержня с ориентированным затравочным кристаллом. Силами поверхностного натяжения расплав удерживается от растекания. Для обеспечения процесса зонной плавки из камеры перед плавкой удаляется воздух, а затем напускают в камеру аргон, в среде которого ведется выращивание монокристаллического гексаборида лантана. После образования на стержне узкой расплавленной зоны осуществляется медленное перемещение ее вдоль образца. При этом на одном краю расплавленной зоны происходит кристаллизация расплава, а на другом -плавление следующего участка образцов-заготовок (см. рисунок).
Процесс выращивания монокристаллического гексаборида лантана
Таким образом, границы «твердое состояние -жидкое состояние» и «жидкое состояние - твердое состояние», называемые соответственно фронтом плавления и фронтом кристаллизации, перемещаются вдоль образца и вследствие различной растворимости примесей в твердом и жидком состояниях происходит их перераспределение (сегреция). Те примеси, которые в жидком состоянии растворяются в большей
степени, вытесняются в расплав, а примеси с большей растворимостью в твердой фазе кристаллизуются в переплавленной части образца. Таким образом, осуществляется выращивание монокристалла с сопутствующей зонной очисткой.
Целью данной работы являлась разработка технологии получения монокристаллического гексаборида лантана. В качестве способа изготовления был выбран метод бестигельной зонной плавки. В ходе работы были изготовлены 25 монокристаллов. Структура поверхности плавленого гексаборида лантана характеризуется наличием крупных зерен с равномерными по величине и ориентировке блоками. Границы зерен чистые, без включений и проявляются только в боль-шеугольной ориентировке блоков.
Библиографические ссылки
1. Добрецов Л. Н., Гомоюнов М. В. Эмиссионная электроника. М. : Наука,1996.
2. Фоменко В. С. Эмиссионные свойства материалов. Киев : Наукова думка, 1981.
3. Structure and Initial Surface Oxidation of ЬаБб(001) / M. Aono, T. Tanaka, E. Bannai, S. Kawai // Appl. Phys. Lett. 1977. Vol. 31, № 5. P. 323-325.
4. Анизотропия работы выхода электронов зонно-плавленого гексаборида лантана / В. В. Морозов, П. И. Лобода, Н. И. Симан, И. А. Подчерняева // Тезисы докладов конф. по эмиссионной электронике. Москва, декабрь, 1981, М. : Наука, 1981. С. 183-185.
5. Коновалова Е. С., Падерно Ю. Б. Кристаллохимия и электронное строение высокоборных фаз редкоземельных металлов. Препринт. Ванадаты и бориды редкоземельных элементов. Синтез и свойства: Свердловск : УНЦ СССР, 1982. С. 28-51.
References
1. Dobretsov L. N., Gomoyunov M. V. Issue electronics. M. : Science, 1996.
2. Fomenko V. S. Issue properties of materials. Kiev: Naukova thought, 1981.
3. Structure and Initial Surface Oxidation of LaB6 (001) / M. Aono, T. Tanaka, E. Bannai, S. Kawai // Appl. Phys. Lett. 1977. Vol. 31, N 5. P. 323-325.
4. Anisotropy of work of an exit of electrons zonnoplavlenny geksaborida lanthanum / V. V. Morozov, P. I. Loboda, N. I. Siman, I. A. Podchernyaev. Theses of reports of conference on issue electronics. Moscow, December, 1981, M. : Nauka, 1981. Page 183-185.
5. Konovalova E. S., Paderno Yu. B. Kristallokhimiya and electronic structure of high-boric phases of rare-earth metals. Pre-print. Vanadata and boridy rare-earth elements. Synthesis and properties: Sverdlovsk, UNTs USSR, 1982. Page 28-51.
© Бондаренко Я. А., Рыченко А. В., 2015
