CC BY
75
Рис. 5. Изменение напряжений о 00 в массиве алевролита по поверхности выработки радиусом R = 2 м
На рис. 3-5 показаны кривые изменений компонент напряженно-деформированного состояния массива алевролита вдоль поверхности тоннеля (г/Я = 1,0) радиусом Я = 2 м, жестко сопряженного с обделкой толщиной к0 = 0,01 м. Из рисунков следует, что динамическое воздействие нагрузки на поверхность выработки практически ощутимо лишь в окрестности участка нагружения тоннеля. С удалением от места нагружения (с возрастанием |) перемещения иг и напряжения |о^|, |о00| быстро затухают.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вольмир А.С. Нелинейная динамика пластин и оболочек. - М.: Наука, 1972. - 432 с.
2. Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Алексеева Л.А. Динамика тоннелей и подземных трубопроводов. Алма-Ата, 1989. - 240 с.
УДК 621. 039. 531
ЗАКОНОМЕРНОСТИ СИНТЕЗА ТОНКИХ ПЛЕНОК МЕТАЛЛООКСИДОВ, ПОЛУЧЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИОННЫХ ПУЧКОВ
В.М. Халтанова
Бурятский государственный университет, Улан-Удэ. E-mail: [email protected]
Рассмотрены закономерности синтеза тонких пленок металлооксидов на примере выращивания тонких пленок молибдата свинца PbMoO4, полученных методом распыления ионными пучками. Обсуждается методика формирования покрытий, приводится анализ ростовых процессов. Теоретические данные сопоставляются с экспериментальными.
Ключевые слова: ионное лучевое распыление, тонкая пленка
PATTERNS OF METALLOXIDE THIN FILMS SYNTHESIS, OBTAINED WITH ION BEAMS USE
V.M. Khaltanova Buryat State University, Ulan-Ude
The regularities of synthesis of thin films metallic oxide were considered with the growth of thin films of lead molybdate, obtained by ion beam sputtering. The technique of coating formation is discussed and the analysis of growth processes is observed. The theoretical evidence is compared with experimental data.
Key words: ion beam sputtering, thin film
Тонкие пленки металлооксидов, в частности тонкие пленки молибдата свинца PbMoO4, обладают уникальными акустооптическими и акустоэлектрическими свойствами и, как следствие, широко применяются в акусто- и оптоэлектронике [1]. Основным требованием, предъявляемым к пленкам, является постоянство физико-химических свойств, которое, в свою очередь, определяется постоянством строения тонких пленок. Строение пленок зависит от условий осаждения и особенностей используемой технологии. Среди существующих методов формирования тонких пленок металлооксидов особое внимание привлекает распыление ионным пучком [2]. Использование ионно-лучевого метода позволяет осуществлять технологические режимы выращивания тонких пленок с недоступными для других способов параметрами. К настоящему времени недостаточно полно изучено строение тонких пленок PbMoO4, в связи с этим изучение строения тонких пленок молибдата свинца, полученных распылением ионными пучками, и исследование закономерностей их роста представляют научный и практический интерес.
С использованием методик распыления одним пучком ионов и распыления с двумя пучками ионов были синтезированы тонкие пленки молибдата свинца [3]. Применение распыления с двумя ионными пучками позволяло проводить независимое распыление двух мишеней реагирующих компонентов (оксида свинца РЬО и триоксида молибдена Мо03) с образованием газообразных потоков частиц, которые поступали на ростовую поверхность подложек и образовывали химическое соединение. Выращенные пленки РЬМо04 были ориентированные, поликристаллические, имели структуру шеелита.
Анализ ростовых процессов показал, что теоретические данные хорошо коррелируют с экспериментальными данными. Выращивание тонких пленок металлооксидов Мех0у, МехМеу02 (Ме - металл, О - кислород) распылением ионным пучком инертного газа (аргона) включает в себя физическое распыление мишени (мишеней) в вакууме, перенос распыленных частиц на ростовую поверхность подложек и формирование пленок заданного состава и определенной структуры.
Ростовый процесс начинается с распыления мишеней и завершается внутренними физикохимическими превращениями в наращиваемой пленке. Схематически ростовый процесс представлен нарис. 1.
Рис. 1. Стадии ростового процесса: 1 - мишень из металлов; 2 - мишени из простых оксидов; 3 - мишень сложного оксида; 4 - нейтральные атомы, ионы и молекулы; 5, 6, 7 - пленки простого (5) и сложного (6, 7) оксидов. I - металлооксид синтезируется в процессе наращивания пленки; II - металлооксид синтезируется после наращивания пленки
Основанием для построения данной схемы являлись два экспериментально наблюдаемых и в определенной мере теоретически обоснованных фактора [4]. Согласно одному из них, распыленные частицы покидают поверхность мишени в состоянии свободных атомов, по второму, реакция образования металлооксида протекает на ростовой поверхности подложки. Выращивание тонких пленок металлооксидов происходит в последовательности доминирующих событий 1-4-5-6 (7); 2-4-5-6 (7); 34-5-6 (7), связанных с обязательным получением нейтральных свободных атомов (4), и только после этого их превращением в оксиды, причем сначала в простые (5), а уже затем в сложные (6, 7). Эти превращения протекают в строгой последовательности, независимо от того, с какой стадии начат ростовый процесс: или с физического распыления металлов (1), или простых (2), или сложных (3) оксидов.
Состояние покидающих оксидную мишень распыленных частиц во многом связано с изменением состава поверхности мишени, подвергаемой ионной бомбардировке. Зачастую наблюдается преимущественное удаление кислорода, которое приводит к образованию на поверхности фазы с меньшей степенью окисления и даже к восстановлению металла. Восстановление металла повышает вероятность вылета свободных атомов и их доминирующего вклада в физико-химические превращения на ростовой поверхности подложек. Можно предположить, что основной вклад в развитие ростового процесса наращивания металлооксидной пленки вносят свободные атомы, которые ответственны за стадийность фазовых превращений в пленке. По-видимому, распыление оксида быстрыми ионами является одним из процессов, порождающих свободные атомы.
Энергостимулирующие реакции на подложке (увеличение температуры подложки, послеростовая термообработка в кислородсодержащей среде свежевыращенных пленок) способствуют образованию однофазных пленок и развитию их текстуры, а также являются необходимым условием синтеза ме-таллооксида распылением оксида или металла ионным пучком. Последовательность физикохимических превращений на подложке была детально изучена на примере молибдата свинца, который сам является продуктом реакции двух простых оксидов (оксида свинца и триоксида молибдена).
С целью изучения закономерностей синтеза тонких пленок РЬМо04 пленки наращивались на подложки из плавленого кварца при температуре 200С. Энергии распыляющих ионов для мишеней МоО3 и РЬО составляли соответственно 4 кэВ и 5 кэВ. Затем осуществлялся стадийный отжиг пленок на воздухе. Отжиг пленок характеризовался быстрым подъемом температуры, ее стабилизацией в течение часа и медленным понижением температуры в режиме остывания печи. Такая постановка экспериментов позволила не только рассматривать состояние распыленных частиц, но и выявлять последовательность фазовых превращений на подложке. Рентгенофазовый анализ пленок, полученных при различных температурах отжига, показал, что свежевыращенные пленки содержат триоксид молибдена и низкотемпературную тетрагональную модификацию оксида свинца. Отжиг при температуре 4500С приводит к укрупнению зерен МоО3 и постепенному переходу оксида свинца в высокотемпературную ромбическую модификацию. При температуре отжига 5500С наряду с рефлексами оксидов наблюдаются рефлексы, соответствующие молибдату свинца. При данной температуре идет процесс интенсивного образования тонкой пленки РЬМо04. Однофазные тонкие пленки молибдата свинца формировались при температуре отжига 6500С.
Анализ полученных результатов позволяет предположить, что синтез тонких пленок молибдата свинца подобен твердофазному синтезу порошка РЬМо04 в системе РЬ0-Мо03 [5]. На это указывает стадийный характер образования пленок молибдата свинца: вначале образуются зерна оксидов, затем происходит реакция образования РЬМо04. Вероятно, как и при твердофазном синтезе порошка мо-либдата свинца в пленках образовавшиеся зерна оксида свинца и триоксида молибдена укрупняются, затем на границах зерен в результате одностороннего массопереноса МоО3 образуется продукт реакции - РЬМо04. Подтверждением данного механизма синтеза является совпадение температур начала образования, интенсивного взаимодействия и образования конечного продукта.
Таким образом, в результате проведенных исследований изучены закономерности синтеза тонких пленок металлооксидов (на примере молибдата свинца), полученных с использованием ионных пучков. Обнаружено, что последовательность физико-химических превращений в процессе образования тонких пленок подобна твердофазному взаимодействию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акустические кристаллы. Справочник / под ред. М.П.Шаскольской - М.: Наука, 1982. - 632 с.
2. Семенов А.П. Техника распыления ионными пучками. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1996. - 120 с.
3. Семенов А.П., Смирнягина Н.Н., Халтанова В.М., Белянин А.Ф. О выращивании тонких пленок металлооксидов распылением ионным пучком // Физика и химия обработки материалов. - 1993. - №4. - С. 99-104.
4. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой / под ред. Р.Бериша. - М.: Мир, 1986. - 488 с.
5. Жуковский В.М. Статика и динамика процессов твердофазного синтеза молибдатов двухвалентных металлов: дис. ... д-ра хим. наук. - Свердловск, 1973. - 395 с.
УДК 62-63 ББК 31.353 Б 949
К ВОПРОСУ О ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ЖИДКОГО ТОПЛИВА ИЗ УГЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
С.Л. Буянтуев, А.С. Кондратенко Восточно-Сибирский государственный технологический университет, Улан-Удэ
E-mail: [email protected] Рассмотрены основные технологии производства синтетического жидкого топлива из угля, а также ставится вопрос о возможности получения данного топлива из углей обработанных низкотемпературной плазмой, методом плазменной газификации.
Ключевые слова: уголь, пиролиз, гидрогенизация, газификация, плазменная газификация, синтез-газ, синтетическое жидкое топливо.
TO THE QUESTION ON THE OPPORTUNITY OF RECEPTION OF SYNTHETIC LIQUID FUEL FROM COALS BY MEANS OF THE LOW-TEMPERATURE OF PLASMA
S.L. Buyantuev, A.S. Kondratenko East Siberian State Technological University, Ulan-Ude The summary: in clause the basic "know-how" of synthetic liquid fuel from coal is considered, and also the attention to the question on an opportunity of reception of the given fuel from coals processed low-temperature is brought by plasma, a method of plasma gasification.
Keywords: coal, pyrolysis, hydrogenation, gasification, plasma gasification, synthesis-gas, synthetic liquidfuel.
