Твердофазныенаноматериалы. Методы синтеза.

По составу твердофазные материалы достаточно разнообразны и могут быть объединены в группы. Сама структура формируется путем различного сочетания между собой полиэдров, которые в разных комбинациях могут соединяться между собой вершинами, рёбрами, гранями.

 

При управлении физико-химическим поведением твердофазного материала путем введения примесей исключительно важно использовать методы синтеза, обеспечивающие равномерное распределение вводимых веществ в объеме материала. Ввиду малых количеств примесей этого трудно добиться, используя твердофазный синтез из механической смеси компонентов. При получении исходных твердофазных реагентовтермолизом солей необходимо использовать методы так называемой химической гомогенизации, например криохимического осаждения (сублимационной сушки), распылительной сушки, соосаждения, золь—гель-методы, изотермического снятия пересыщения и др.

Основным достоинством данного метода является простота его исполнения, а главным недостатком — значительная неоднородность исходной смеси. При смещении реагентов в ступке обычно получаютчастицы размером около 5 мкм. При использовании устройств с более энергичным механическим воздействием (например, щаровых или планетарных мельниц) можно получить частицы размером несколько долей микрометра. Однако и в том, и в другом случае (особенно при перетирании в ступке) трудно добиться воспроизводимости

гранулометрических характеристик исходной смеси, что приводит к невысокой воспроизводимости свойств получаемого материала. Из-за неоднородности реакционной смеси для полного протекания твердофазной реакции часто проводят многократное чередование операций помола и термообработки, существенно увеличивающее время, необходимое для проведения синтеза.

 

 

13. Ионная имплантация.

Ионная имплантация – методлегирования поверхностных слоев, заключающийся в обработке поверхности потоком высокоэнергетичных ионов и внедрении их в объеме материала.

Процессы ионной имплантации были использованы впервые для моделирования процессов, протекающих в твердых телах при их радиационной обработке.

Ионная имплантация характеризуется следующими основными преимуществами:

· отсутствие термодинамических ограничений по составу образующихся в поверхностных слоях сплавов и химических соединений. Используя ионную имплантацию, принципиально возможно получение систем сложного состава с любым сочетанием компонентов;

2) при ионной имплантации формируются неравновесные метастабильные структуры, которые в ряде случаев имеют уникальные физико-механические свойства. Данная особенность обусловлена тем, что процессы структурообразования протекают в условиях очень быстрого охлаждения (скорость охлаждения может достигать значений ~10⁶ К/c);

3) универсальность и гибкость процесса; методом ионной имплантации удается получить слои с необходимым профилем концентраций легирующих элементов, структурным состоянием. Часто для регулирования характера распределения имплантированных атомов в поверхностном слое используется дополнительная термообработка;

4) высокая чистота процесса (процесс осуществляется в высоком вакууме); высокая автоматизация; широкие возможности в управлении ионным пучком, возможность локальной обработки;

5) возможность осуществления процесса при различных условиях и режимах, в том числе и при относительно низкой температуре поверхности;

6) возможность создания поверхностных слоев с высокими физико-механическими свойствами, которые трудно или даже невозможно получить другими методами обработки.

К основным недостаткам процесса ионной имплантации можно отнести:

1) образование в поверхностных слоях высокой концентрации дефектов. При высокой дозе облучения образуются даже аморфные слои. Для устранения дефектности проводят термическую обработку, в частности, кратковременный отжиг при температуре 400…700 ⁰С;

2) относительно сложное технологическое оборудование и низкая производительность процесса обработки.