Генерация высокоэнергетических компрессионных плазменных потоков работающими в режиме ионного токопереноса квазистационарными сильноточными плазменными ускорителями, модификация под воздействием таких потоков поверхностных свойств материалов, получение наноструктурных слоев и композиционных многослойных покрытий заданного состава для разработки физико-технических основ новейших плазменных технологий : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научные руководители В. В. Углов, Н. Т. Квасов

Abstract

Объектами исследования являлись монокристаллы кремния марок КДБ-0.3, КДБ-4.5, КДБ-10, КДБ-12; медь М1; бериллиевая бронза БрБ2; силумин АК12; сталь Ст3; титановый сплав Ti-6Al-4V; твердый сплав Т15К6; монокристаллический кремний. Цели данной НИР: разработка физических основ технологии создания высокоэффективных радиационно-стойких кремниевых фотовольтаических структур, сформированных в компрессионной плазме; установление механизмов эволюции структурно-фазового состояния, элементного состава и свойств поверхностных слоев цветных металлов, а также литых сплавов на их основе и композиционных материалов, при воздействии высокоэнергетическими компрессионными плазменными потоками, для разработки физических основ энергосберегающей технологии, существенного повышения эксплуатационных характеристик таких материалов. В результате проведенных исследований обнаружен фотовольтаический эффект на образцах легированного бором кремния при его обработке компрессионной плазмой, потоками электронов высокой плотности и интенсивным когерентным световым излучением. Установлены высокая температурная и радиационная стойкость полученных структур. Предложена модель формирования фото-ЭДС в облучѐнном компрессионным плазменным потоком кремнии дырочного типа проводимости, в рамках которой разность потенциалов в структуре при световом воздействии создаѐтся путѐм разделения неравновесных электронов и дырок в электростатическом поле заряженных трубок вокруг дислокаций. В результате исследований установлены основные закономерности изменения элементного и фазового состава, структуры, а также трибологических свойств поверхностного слоя широко используемых в промышленности цветных металлов, сплавов на их основе и композиционных материалов, при воздействии компрессионных плазменных потоков, в том числе включающем легирование поверхностного слоя материалов элементами предварительно нанесенного покрытия и последующего плазменного воздействия; комбинированное плазменное и термическое воздействие. Установлен основной механизм эрозии поверхности при воздействии компрессионных плазменных потоков, состоящий в радиальном гидродинамическом течении расплава вдоль поверхности под действием давления плазменного потока, растекающегося вдоль поверхности. Предложен способ компьютерного моделирования теплопереноса при воздействии компрессионных плазменных потоков на твердый сплав, учитывающий объемное соотношение фаз сплава, изменение их теплофизических характеристик с ростом температуры, различие пространственного энерговыделения. Установленные закономерности могут быть использованы для создания токопроводящих элементов на основе меди с высокими прочностными характеристиками; уменьшения концентрации токсичных элементов в поверхностном слое эндопротезов на основе сплава Ti-6Al-4V; повышения прочностных характеристик конструкционных элементов, изготавливаемых из бронзы БрБ2; увеличения времени работы режущего инструмента на основе твердого сплава Т15К6. Таким образом, совокупность полученных результатов является научной основой для разработки новых конкурентоспособных энергосберегающих плазменных технологий, обеспечивающих существенное улучшение эксплуатационных характеристик различных деталей и узлов, придание им новых свойств, а также создание принципиально новых преобразователей солнечной энергии и соответствующих фотовольтаических структур.