WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ЖМУРИКОВ Евгений Изотович

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

ГРАФИТОВЫХ КОМПОЗИТОВ ДЛЯ КОНВЕРТОРА

НЕЙТРОННОЙ МИШЕНИ

01.04.07 – Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТОМСК – 2011

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Романенко Анатолий Иванович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Шаркеев Юрий Петрович доктор физико-математических наук, профессор Лопатин Владимир Васильевич

Ведущая организация: Обнинский институт атомной энергетики -филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», г.Обнинск.

Защита диссертации состоится «28_» января 2011 г. в 14-30 часов на заседании диссертационного совета Д 003.038.01 при ИФПМ СО РАН по адресу:

634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН.

Автореферат разослан «_» _ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор О. В. Сизова   3 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Широкое использование графита в ядерной физике и технике основано на сочетании целого ряда уникальных свойств этого материала. Его применение во многом основано на том, что благодаря очень высокой температуре сублимации графит остаётся твёрдым вплоть до температур порядка 4000°C. В то же самое время графит как конструкционный материал при невысокой плотности является не только достаточно прочным, но и пластичным, легко обрабатывается механически, имеет низкое давление насыщенных паров в вакууме даже при повышенной температуре. Кроме того, графит обладает высокой теплопроводностью, а прочность и пластичность графита заметно возрастает с температурой, вплоть до ~2500°С. Графит за счёт высокой пористости устойчив как к тепловому шоку, так и к высокому градиенту температур, способен отдавать избыточное тепло переизлучением в инфракрасном и оптическом диапазоне. А коррозионная и химическая стойкость в сочетании с антифрикционными свойствами делают его незаменимым в целом ряде научных и практических применений.





Одним из важных применений графита в современной ядерной физике является создание высокоэффективной, надежной мишени с нейтронопроизводящим конвертором, способным принимать большую мощность первичного пучка.

Наиболее привлекательной в данном случае представляется мишень с рабочей зоной, изготовленной из углерод-углеродного композита, одним из вариантов которой может быть мишень с повышенным содержанием изотопа 13С. Такая мишень может охлаждаться излучением и является самой конструктивно простой и надежной по сравнению с мишенями, например, на основе 7Li и 9Be. Кроме того, при энергии протонов исходного пучка до 50 МэВ изотоп 13C дает в 3 – 10 раз больший выход нейтронов, чем изотоп 12C, что заставило разрабатывать и исследовать свойства материала на основе изотопа 13C.

Комплекс по получению радиоизотопных ионных пучков (SPES, Италия, SPIRALФранция) с использованием промежуточной нейтронной мишени спроектирован так, что не предполагает какой-либо возможности контроля параметров графитовой мишени in situ. Данное обстоятельство предопределило необходимость исследования особенностей внутренней структуры и дефектности графитовых композитов с целью прогноза долговечности на основе известных критериев динамики разрушения.

Цель работы состояла в исследовании наиболее общих структурных и физических свойств мелкозернистых и тонкозернистых углеродных композитов, в том числе впервые синтезированного композита на основе порошка изотопа углерода С для прогноза времени жизни нейтронных мишеней.

Для достижения данной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Провести исследования структуры и морфологии углеродных композитов стандартными методами: рентгенофазного анализа, высокоразрешающей электронной микроскопии на просвет, растровой электронной микроскопии, и т.д.

2. Провести исследование наиболее общих физических характеристик углеродных композитов, в частности, таких как теплопроводность, теплоёмкость, электропроводность, пористость.

3. Провести высокотемпературные модельные испытания по разрушению образцов углеродных композитов от различных фирм-производителей, используя нагрев образцов переменным током и электронным пучком высокой интенсивности.

4. На основе полученных результатов рассмотреть закономерности и возможные модели разрушения применительно к тонкозернистым и мелкозернистым углеродным композитам.

Научная новизна.

1. Показано, что можно прогнозировать время жизни нейтронной мишени на основе углеродных композитов, используя методы и представления термофлуктуационной концепции теории разрушения материалов.





2. Найденная экспериментально величина начальной энергии активации разрушения углеродного композита находится в хорошем согласии с теоретическими представлениями, и связана с такими явлениями как сублимация, ползучесть или самодиффузия углерода в материале образца.

3. Выполнены первые исследования физических свойств нового конструкционного материала на основе углеродного композита с содержанием изотопа 13С до 70%. Проведены исследования структурных свойств данного материала, его валентной зоны, электрофизические исследования.

Практическая ценность работы. Данная работа выполнялась в рамках реализации проекта SPES в IFFN-LNL (Legnaro, Italy) и научного сотрудничества между ИЯФ СО РАН и INFN-LNL, в рамках проекта МНТЦ № 2257 и №3682, изначально предполагая широкое сотрудничество и привлечение возможностей как различных институтов СО РАН, так и ведомственных организаций, таких как ФГУП НИИ Графит (г.Москва) или ВНИИТФ (г.Снежинск). Проведённая в рамках международного проекта работа позволяет проводить конструкционные и тепловые расчёты, а также прогнозировать время жизни нейтронной мишени, основой которых служат мелко- и тонкозернистые графиты. Освоенные физические и методологические подходы, а также понимание наиболее общих закономерностей изучения структурных свойств графитовых композитов могут быть применены при разработке других графитовых мишеней и устройств, таких, например, как графитовая мишень для генерации резонансных гамма-квантов.

Основные положения, которые выносятся на защиту:

1 Закономерности, которые определяют время жизни нейтронной мишени на основе углеродных композитов. Наиболее важным фактором, влияющим на время жизни нейтронной мишени на основе углеродных композитов, является операционная температура, что определяет моделирование теплового разрушения графитового композита с помощью нагрева электронным пучком либо переменным током.

2. Особенности структуры и дефектности мелко- и тонкозернистых графитов как отечественного так и зарубежного производства, и результаты температурных испытаний образцов графита различных производителей (МПГ-6, Le Carbon Lorrain, CGL Carbon Group).

3. Применимость двухстадийной модели разрушения для прогноза времени жизни нейтронной мишени на основе графитового композита. Экспериментально найденная величина начальной энергии активации связана с такими явлениями, как сублимация, ползучесть и самодиффузия углерода, где важную роль играет анизотропия материала и межкристаллитная граница раздела.

4. Резко турбостратная, состоящая из нескольких морфологических форм, структура композита на основе изотопа углерода 13С связана с использованием в качестве исходного материала мелкодисперсного изотопного порошка с большой активной поверхностью, а также с особенностями технологии синтеза углеродного композита. Проводимость и магнетосопротивление данного материала при гелиевой температуре определяются квантовыми эффектами, такими, как слабая локализация.

Личный вклад автора Личный вклад автора заключался в анализе результатов структурных и электрофизических измерений, в подготовке, проведении и анализе результатов термических испытаний графитовых композитов. Все основные результаты данной работы получены автором лично либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III-ая, IV-ая и V-ая Международные конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», МГУ им. М.В.Ломоносова (г.Москва, 2004, 2005, 2006); VI-ой, VII-ой Международный Уральский Семинар «Радиационная физика металлов и сплавов» (г.Снежинск, 2005, 2007, 2009); 11th APAM Seminar, The Progresses In Functional Materiala, (Ningbo, P.R.China, 2004); SCES ’05 – The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems. Institute for Solid State Physics, (Vienna, 2005); V-ый семинар СО РАН – УРО РАН «Термодинамика и материаловедение», ИНХ, (Новосибирск, 2005);

XX-ая Russian Conference on Charged Particle Accelerators (RuPAC 2006), Novosibirsk, 2006; II-ая Всероссийская конференция по наноматериалам & IV-ой Международный семинар «Наноструктурные материалы – 2007 Беларусь–Россия», (Новосибирск, 2007); НАНСИС-2007, «Наноразмерные Системы» (Киев, 2007); Международный Семинар МНТX «Структурные основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий», (Обнинск, 2009), VII-ой Сибирский семинар по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2009 (Новосибирск, 2009), Семинар по проекту МНТЦ №2257 (Новосибирск, 2004, 2006, Legnaro, 2005).

Объём и структура диссертации Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методического раздела, двух оригинальных разделов, выводов и списка литературы. Общий объём работы составляет 137 страниц, включая рисунков, 4 таблицы, 28 формул, библиографический список содержит наименования. По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 6 статей в отечественных рецензируемых журналах, одна статья в зарубежном журнале.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и основные задачи исследования, кратко представлено содержание работы, её научная новизна и практическая значимость, приведены положения, выносимые на защиту.

В первом разделе даны основные представления о структуре и электрофизических свойствах мелкозернистых плотных графитов, о динамике разрушения, о технологических аспектах получения высокопрочных углеродных композитов, которые определяют прочность и долговечность графитовых композитов. Приведены экспериментальные данные о динамике разрушения реакторных графитов под воздействием нейтронного облучения и высоких температур. Проведён обзор литературы и рассмотрены основные представления структурно-аналитической теории прочности [1], физической мезомеханики, нелинейной динамики теории прочности, кинетической концепции прочности [2] и двухстадийной модели разрушения твёрдых тел [3]. Приведены литературные данные о кристаллической решётке графита и структурных дефектах в графите.

Указано, что, как и в металлах, вполне закономерным представляется интерес к взаимосвязанным явлениям прочности, ползучести и самодиффузии для случая графитовых композитов, где более чем важной является роль межзёренной и межкристаллитной границы раздела. Так, в частности, для металлов уже было показано [4], что именно ползучесть с энергией активации, близкой к энергии активации самодиффузии, при определённых условиях может стать контролирующим механизмом диссипации энергии.

Можно предположить также, что в графитах, так же как и в металлах, важным механизмом диссипации избыточной энергии является пластическая деформация, а в качестве доминирующего лидер-дефекта можно рассматривать не только межзёренную границу раздела, но и различного рода дефекты кристаллической структуры, такие как петли дислокаций или скопления вакансий.

Второй раздел – методический. В этом разделе описана экспериментальная установка ЭЛВ-6 для испытаний графитовых композитов под электронным пучком, установка для тепловых испытаний образцов при нагреве переменным током, а также рассмотрены и проанализированы методические ошибки, которые возникали в процессе испытаний и измерений.

При невысоких флюенсах протонов основными параметрами, влияющими на ресурс конвертора, являются операционная температура и время прогрева. Поэтому для исследования закономерностей разрушения графитовой мишени в ИЯФ СО РАН были проведены испытания, моделирующие нагрев под воздействием протонного пучка с помощью пропускания через образец переменного тока. В качестве образцов использовались мелкодисперсные графитовые композиты MПГ производства Новочеркасского электродного завода, композиты CGL производства германской фирмы Henschke, а также тонкозернистые графиты французской фирмы Le CarbonLorrain (LeCL).

Конструкционный материал на основе изотопа 13С был синтезирован впервые, эта работа в рамках проекта МНТЦ 2257 была выполнена в ФГУП НИИ ГРАФИТ. За основу была принята несколько модифицированная технология изготовления графитов типа МПГ, был получен конструкционный материал с содержанием изотопа 13С около 70% и плотностью до 1.55г/см3, сравнимой с плотностью промышленных графитов. Следует отметить, что данный материал может быть использован в варианте нейтронной мишени, облучаемой пучком протонов. В этом случае, при пониженной энергии протонов до (40 – 50) МэВ, основным каналом получения нейтронов является реакция на изотопе углерода 13С.

В третьем разделе приведены результаты исследований физических свойств и дефектности промышленных мелко- и тонкозернистых графитов, зарубежного и отечественного производства. Показано, что на рентгенограмме образцов МПГ-6, CGL и LeCL присутствуют практически все рефлексы, характерные для 2H политипа графита, однако степень их уширения различна (рис. 1). Из рентгенодифрактограмм были выполнены оценки как межплоскостных расстояний, так и величины области когерентного рассеяния (ОКР). Расчёты показали, что параметры графитовой решётки всех образцов совпадают в пределах погрешности. Характерной особенностью графита марки LeCL можно считать несколько увеличенное межслоевое расстояние при стандартной величине микроискажений.

Электронно-микроскопические съемки выявили, что у мелкодисперсного углеродного композита марки CGL можно наблюдать так называемую надмолекулярную структуру, состоящую из участков с параллельной ориентацией углеродных слоев (рис. 2а). Стрелкой показан участок внебазисного двойникования (наклонная межкристаллитная граница с углом, достаточно близким к 48°).

Этот участок характеризуется многочисленными разрывами связей и достаточно развитой системой краевых дислокаций. На рис. 2б также стрелкой указаны «дефекты расщепления», которые приводят к появлению мезопор с характерными размерами до 10 нм.

Рисунок 2. Электронная микроскопия высокого разрешения для образцов CGL.

а) дефекты двойникования; б) дефекты расщепления.

Рисунок 3. Примеси в графите. a)область гетерогенной графитизации вокруг металлической примеси б) результаты измерения состава примесей в графите марки CGL методом ускорительной масс-спектрометрии. Имеются примеси кислорода, серы и кальция. Примесь меди не является собственной примесью образца и обязана своим возникновением медному держателю образца.

На рис. 3a можно наблюдать дефект, связанный с появлением гетерогеннографитированых областей. Такие дефекты сажевого типа предположительно возникают вокруг металлических частиц примеси, являющихся катализатором процесса графитации. Состав примесей был измерен методом ускорительной массспектрометрии [5].

Графит марки LeCL представляет собой плотный, хорошо окристаллизованный графит, агрегаты частиц имеют размеры от 500 нм до нескольких микрометров.

Толщина отдельных графитовых слоёв варьируется в достаточно широких пределах:

наблюдаются как фрагменты состоящие из нескольких графеновых слоев, так и фрагменты графита толщиной 100 и более нм. При этом на снимках высокого разрешения проявляется большое количество дефектов различного типа.

Так, на поверхности графитовых слоев показаны стрелкой фуллерено подобные образования с размерами от 1 до 3 нм (рис. 4а). Слои углерода с краёв агрегатов и в местах изгиба имеют ступенчатую структуру, причем края ступеней образованы замкнутыми дугообразными графеновыми слоями (рис. 4б). Такие образования можно обозначить как закрученные террасы. Также наблюдаются скрученные слои графита толщиной 3 – 5 нм (рис. 5а). В толстых слоях графита на электронномикроскопических изображениях проявляются дислокационные дефекты (рис. 5б).

Основная масса таких дефектов локализуется в районе изгибов графитового слоя.

Рисунок 4. Дефекты структуры в графите а) фуллерено-подобные образования с размерами от 1 до 3 нм на краю кристаллита; б) слои углерода с краёв агрегатов и в местах изгиба имеют ступенчатую структуру.

Рисунок 5. Дефекты структуры в графите а) скрученные слои графита толщиной 3 – 5 нм;

б) выходы на поверхность петель дислокаций в толстых слоях графита (указаны стрелками) Дислокации локализуются, как правило, в районе изгибов графенового слоя.

Особенностью мезоструктуры графита марки CGL является хорошо заметная анизотропия структуры (рис. 6а). Эта анизотропия предположительно связана [6] c использованием в качестве базового материала графитового композита игольчатого кокса с размерами зерна наполнителя 20 – 30 мкм. При измельчении этого кокса образуются частицы с высокой анизометричностью, и при прессовании порошка в матрицу можно получить искусственный графит с высокой плотностью, но в сочетании с очень высокой и нежелательной анизотропией физико-механических свойств.

Рисунок 6. РЭМ-изображения поверхности образца марки CGL (а, б), прогретого переменным током до разрушения (а). Снимки поверхности образцов выполнены на электронном сканирующем микроскопе LEO 1430 VP с энергодисперсионным спектрометром EDX OHFORD в режиме «вторичных электронов». На поверхность непрогретых образцов для улучшения разрешения напылялось золото толщиной до 100.

(б) Хорошо заметна анизотропная, слоистая структура графита марки CGL. На вставке вверху справа показана также исходная структура игольчатого кокса [6]. Внизу показаны такие же измерения, выполненные для прогретых до разрушения образцов марки МПГ-6 (в) и LeCL (г).

Прямым подтверждением такой анизотропии является рентгенограмма для графитового композита марки CGL (рис. 1). На этой рентгенограмме высота рефлекса 002 заметно больше для нерастёртого образца. Текстура для пластины образца CGL связана с преимущественной ориентацией кристаллитов в направлении 00l. Для графитов марки LeCL и МПГ-6 рентгенограммы говорят о практически изотропной структуре этих образцов. Это подтверждается измерениями, выполненными на высокоразрешающем растровом микроскопе (рис. 6в, г).

Предположение о влиянии мезоструктуры образца на энергию активации разрушения получает хорошее подтверждение из данных наших измерений (рис. 7).

Так, для графитового композита марки CGL начальная энергия активации разрушения H ~ 10001100 кДж/Моль оказывается заметно более высокой, чем для образцов марки LeCL или МПГ-6. Последнее обстоятельство позволяет предположить иной механизм разрушения, связанный с явлением ползучести графита при повышенных температурах.  Рисунок 7. Зависимость времени жизни образцов CGL, LeCL и МПГ-6 от наводит на мысль о справедливости для условий обратной температуры.  температурную зависимость прочности и упругости».

Высокоупорядоченный графит характеризуется энтальпией плавления Hпл равной ~104 кДж/Моль, энтальпией сгорания Hсгор равной ~395 кДж/Моль.

Последняя соответствует энергии -связи для графита, равной 418,7460,6 кДж/Моль.

Начальная энергия активации разрушения, которая может быть получена из данных по времени разрушения графита МПГ-6 работы [8] составляет величину около 890 кДж/Моль. Эта энергия заметно превышает величину энтальпии сублимации Hсубл ~ 716 кДж/Моль, и может соответствовать энергии ползучести, которая по данным [7] может достигать величины ~1200 кДж/Моль.

Более аккуратная постановка эксперимента с применением пирометра IMPAC ISвзамен яркостного пирометра ОПИР-09 показывает заметно меньшую энергию активации процесса разрушения для графитового композита МПГ-6 (а также композита LeCL) равную примерно ~690±60 кДж/Моль и весьма близкую к энергии сублимации либо к энергии активации самодиффузии углерода в графите.

Таким образом, для различных по составу и микроструктуре графитовых композитов может иметь место различный механизм разрушения при высоких температурах. Это разрушение может быть связано, в частности, с накоплением пор и микротрещин, как это можно предположить для изотропных графитов марки МПГ или LeCL.

С позиции двустадийной модели разрушения первая стадия зарождения микротрещин в образцах графита характеризуется пологим участком температурного микротрещин может приводить к появлению макротрещин с резким участком роста температуры Рисунок 8. Типичный характер разрушения графита при высоких температурах изменения температуры образца композита CGL в течение может быть обусловлен явлением ползучести в высокотемпературного образца непосредственно перед микрокристалллитов друг относительно друга.

рентгенографические, рентгеноспектральные, квантовохимические и электрофизические исследования порошка изотопа C и образцов графитовых композитов на его основе. Образцы исследовались с помощью микроскопии высокого разрешения (HRTEM) что позволило выявить особенности структуры изотопных композитов. Внутренняя структура композитов, полученных на основе изотопа углерода 13C, является весьма сложной и состоящей из нескольких, резко различающихся морфологических форм углерода. Рентгенодифракционный анализ исходного порошка чистого изотопа 13С показывает присутствие частиц графита с размерами графенового пакета в 20 и 40.

На рентгенодифрактограмме порошкового образца наблюдается, по существу, только один хорошо выраженный уширенный дифракционный пик, соответствующий рефлексу 002 для структуры графита (рис. 9, 10).

полученного газофазным методом. указывает на наличие в образце Форма этого дифракционного пика указывает на наличие в образце двух фракций с различной дисперсностью и, по-видимому, с различным межплоскостным расстоянием d002. Слабый дифракционный пик в области 00l рефлекса по уширению соответствует размеру ОКР 20, однако его трудно отнести к какой-то определенной фракции.

На рентгенограмме изотопного композита проявляются дифракционные пики 00l и hk0 типа, причём последние имеют характерную ассиметричную форму с более значительным размытием в сторону больших углов. Такая дифракционная картина соответствует резко турбостратной структуре графита, т. е. структуре, в которой графеновые слои накладываются друг на друга случайным образом (со случайным вектором смещения одного слоя относительно другого). Данные рентгенографии хорошо коррелируют с данными высокоразрешающей электронной микроскопии.

По результатам просвечивающей электронной микроскопии были обнаружены Рисунок 11. Типичное изображение морфологического типа, названного нм. Каждая грань представляет собой здесь «кружевами». На вставке графитовую пластину толщиной 15 – 20 нм.

внизу слева – модель турбостратной Некоторые глобулы выглядят как частично структуры может быть представлена как «ком мятой бумаги».

(толщиной около 2 нм), перемежающиеся графитовыми пластинами толщиной в нм и длиной до 0.1 мкм.

Электронная структура порошка изотопа 13С и композитов на его основе исследована методом рентгеновской флуоресцентной спектроскопии. СК-спектры графита, порошка 13С и композита представлены на рис. 12а. В спектрах можно выделить три основных особенности, отмеченные на рисунке буквами А, B, С.

Интенсивный максимум C (Е = 276,5 эВ) соответствует -системе графита, высокоэнергетический максимум A (Е = 282 эВ) относится к -системе, в формировании максимума B участвуют электроны обоих типов.

В СК-спектре композита на основе изотопа 13С наблюдается увеличение относительной интенсивности максимумов B и А (рис. 12а, линия 3) по сравнению со спектром обычного графита. Повышенная плотность занятых высокоэнергетических состояний в спектре может быть связана с наличием значительного числа дефектов, нарушающих однородность гексагональной углеродной сетки. Для подтверждения того, что результирующий спектр относится к малым по размеру графитовым частицам, был рассчитан теоретический СК-спектр графеновой структуры, состоящей из 150 атомов углерода и имеющей размер ~20. Геометрия фрагмента С150 была оптимизирована в приближении теории функционала плотности с использованием трехпараметрического гибридного функционала Беке и корреляционного функционала Ли, Янга и Парра (B3LYP метод) [9].

Сравнение между СК-спектром, полученным в результате вычитания из спектра порошка 13С спектра графита, с теоретическим спектром, рассчитанным для всех атомов фрагмента С150, проводится на рис. 12б. Спектры содержат два максимума С и А, расстояние между которыми и их относительная интенсивность близки для обоих спектров. Высокая интенсивность максимума А связана с вкладом электронов разорванных связей двухкоординированных атомов углерода, составляющих границу фрагмента. Наибольшая локализация электронов характерна для атомов, составляющих зигзагообразный край, в то время как несколько завышенная интенсивность максимума А в расчетном спектре по сравнению с экспериментом может указывать на немного больший размер графитовых частиц мелкой фракции порошкообразного 13С, чем рассчитанный кластер С150.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Показано на основе анализа физических свойств и дефектности углеродных композитов возможность их использования в качестве материала для конвертора нейтронной мишени. Проведено испытание образцов углеродных композитов в тепловых режимах, близких к рабочим режимам конвертора нейтронной мишени, рабочая температура конвертора нейтронной мишени в 18000С выбрана, исходя из времени жизни конвертора в 10000 часов.

2. Установлено, что кинетика разрушения графитовых композитов под воздействием высоких температур хорошо согласуется с представлениями термофлуктуационной концепции теории разрушения и укладывается в двухстадийную модель разрушения твёрдых тел.

3. Обнаружено, что энергия активации разрушения графитового композита связана с такими явлениями, как сублимация, ползучесть и самодиффузия углерода, где важную роль играют особенности мезоструктуры графитового композита, в частности, анизотропия материала и межкристаллитная граница раздела.

4. Получены новые данные о микроструктуре и морфологии впервые синтезированного материала на основе порошка изотопа углерода 13С. Данные рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии показали, что образцы этого материала имеют резко выраженную турбостратную структуру. В целом, внутренняя структура данных композитов представляется достаточно сложной и состоящей из нескольких, заметно различающихся между собой морфологических форм углерода.

5. Выявлено, что рентгеновские флуоресцентные CK-спектры исходного порошка чистого изотопа 13C и композитов на его основе заметно отличаются от спектра графита 12С интенсивностью высокоэнергетического максимума. Квантовохимический расчет графена С150 показал, что повышение плотности состояний обеспечивается электронами разорванных связей граничных углеродных атомов частиц размером ~20. Показано также, что температурная зависимость проводимости углеродного композита на основе C обусловлена квантомеханическим эффектом двумерной слабой локализации носителей заряда.

1. Лихачёв В.А., Малинин В.Г. Структурно-аналитическая теория прочности. // СПб.:

Наука, 1993. 471с.

2. Журков С.Н. Проблема прочности твёрдых тел. // Вестник АН СССР. 1957. N11.

С. 78-82.

3. Куксенко В.С. Диагностика и прогнозирование разрушения крупномасштабных объектов. // ФТТ. 2005. Т.47. N5. С. 793-800.

4. Орлов А.Н., Перевезенцев В.Н., Рыбин В.В. Границы зерен в металлах. // М.:Металлургия, 1980. 156с.

5. Алиновский Н.И., Гончаров А.Д., Клюев В.Ф., и др. Ускорительный массспектрометр СО РАН // ЖТФ. 2009. N.79. В.9. С. 107-111.

6. Костиков В.И., Самойлов В.М., Бейлина Н.Ю., Остронов Б.Г. Новые высокопрочные материалы для традиционных технологий. // РХЖ. 2004. Т.XLVIII.

N5. С. 64-75.

7. Графит как высокотемпературный материал. - Cборник статей /пер. с англ. под ред.

К.П.Власова, М.: Мир. 1964. 420с.

8. Авилов М.С, Антошин А.В., Губин К.В, и др. Project of rotating carbon high-power neutron target. Conceptual design. // Proc. of PAC-2001. Chicago, IL, 17-22 June, 2001.

9. Lee C., Yang W., Parr R. G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density // Phys. Rev. B 1988. V.37. P. 785-789.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих 1. Романенко А.И., Аникеева О.Б., Горбачев Р.В., Жмуриков Е.И., Губин К.В., Логачев П.В., Авилов М.С., Цыбуля С.В., Крюкова Г.Н, Бургина Е.Б., Tecchio Luigi.

Новый материал на основе изотопа углерода 13С для нейтронных мишеней // Неорганические материалы. 2005. Т. 41. №5. С. 531-539.

2. Жмуриков Е.И., Романенко А.И., Аникееева О.Б., Губин К.В., Логачев П.В., Бургина Е.Б., Цыбуля С.В., Титов А.Т., Tecchio L. Влияние высоких температур на электрические свойства и макроструктуру углеродных композитов // Неорганические материалы. 2006. Т.41. №6. С. 1-8.

3. Жмуриков Е.И., Романенко А.И., Логачев П.В., Губин К.В., Аникеева О.Б., Tecchio Luigi. Высокотемпературные испытания мелкозернистого плотного графита с целью прогноза времени жизни конвертора нейтронной мишени // Поверхность.

Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007. №2. С. 5-8.

4. Жмуриков Е.И., Романенко А.И., Булушева Л.Г., Аникеева О.Б, Лавская Ю.В, Окотруб А.В., Абросимов О.Г., Цыбуля С.В., Логачев П.В, L. Tecchio Исследования электронной структуры и свойств композитов на основе изотопа углерода 13С // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007. №11.

С. 29-35.

5. Жмуриков Е.И., Болховитянов Д.Ю., Блинов М.Ф., Ищенко А.В., Кот Н.Х., Титов А.Т., Цыбуля С.В., Tecchio Luigi. К вопросу о долговечности реакторных графитов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010. №5.

С. 89-99.

6. Avilov M.S., Tecchio L.B., Titov A.T., Tsybulya S.V. and Zhmurikov E.I. Design of the 50kW Neutron Converter for SPIRAL2 Facility // Nuclear Instruments and Methots in Physics Research A. 2010 V.618. P. 1-15.

7. Бубненков И.А., Сорокин А.И., Котосонов А.С., Виргильев Ю.С., Калягина И.П., Жмуриков Е.И., Губин К.В., Логачёв П.В. Особенности графитации углерода на основе изотопа 13С // Изв.ВУЗов, Химия и химическая технология. 2010. Т.53. №10., С.64-

 
Похожие работы:

«ХОМЕНКО АНТОН СЕРГЕЕВИЧ ГЕНЕРАЦИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ В ЛАЗЕРНОПРОДУЦИРОВАННЫХ МИКРОКАНАЛАХ В СПЛОШНЫХ И СТРУКТУРНОНЕОДНОРОДНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ ФЕМТОСЕКУНДНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ Специальность 01.04.21 – лазерная физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва - 2010 Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физического факультета Московского государственного университета имени М.В....»

«Поспелов Евгений Анатольевич ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕРАВНОВЕСНОГО КРИТИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ СТРУКТУРНО НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ СИСТЕМ 01.04.02 — теоретическая физика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Омск — 2014 Работа выполнена на кафедре теоретической физики физического факультета Омского государственного университета им. Ф.М. Достоевского. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Прудников Владимир...»

«БЕЛОВ ВАСИЛИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ СПЕКТРОСКОПИЯ ЭПР РАДИКАЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ ИЗОЛИРОВАННЫХ В ТВЕРДОЙ МАТРИЦЕ АРГОНА 01.04.17- Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Черноголовка – 2010 г. Работа выполнена в учреждении Российской Академии Наук Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор физико-математических наук Мисочко...»

«ИВАНЧЕНКО Михаил Васильевич ДЕЛОКАЛИЗАЦИЯ И КОНКУРЕНЦИЯ: КОЛЛЕКТИВНАЯ ДИНАМИКА ОСЦИЛЛЯТОРНЫХ АНСАМБЛЕЙ С НЕЛИНЕЙНОЙ СВЯЗЬЮ И БЕСПОРЯДКОМ 01.04.03 – радиофизика Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Нижний Новгород – 2011 Работа выполнена в Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского Научный консультант : доктор физико-математических наук, профессор В.Д. Шалфеев Официальные оппоненты : член-корреспондент...»

«Харламова Светлана Александровна СИНТЕЗ, СТРУКТУРА, МАГНИТНЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ГАЛЛО- ФЕРРОБОРАТОВ СО СТРУКТУРОЙ ХАНТИТА 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени Кандидата физико-математических наук Красноярск 2004 Работа выполнена в Институте Физики им. Л. В. Киренского СО РАН Научные руководители: доктор физ. – мат. наук, профессор С.Г. Овчинников кандидат физ. – мат. наук, доцент Л.Н. Безматерных...»

«САДОВНИКОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ВОЛНЫ, РАСПРОСТРАНЯЮЩИЕСЯ В 1D ФОТОННЫХ И МАГНОННЫХ КРИСТАЛЛАХ НА ЧАСТОТАХ, БЛИЗКИХ К ГРАНИЦАМ ЗОН НЕПРОПУСКАНИЯ 01.04.03 — Радиофизика 01.04.05 — Оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико–математических наук Саратов – 2012 Работа выполнена в Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского. Научные руководители: член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук,...»

«Гадиев Тимур Артурович ДВУМЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЯМР NOESY В ИЗУЧЕНИИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ МОНОМЕРНЫХ И ДИМЕРНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ КАЛИКС[4]АРЕНОВ В РАСТВОРАХ 01.04.07 — физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание уч ной степени е кандидата физико-математических наук...»

«БУСУРИН Сергей Михайлович САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ ФЕРРИТОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Специальность 01.04.17 – химическая физика, в том числе физика горения и взрыва Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Черноголовка – 2007 Работа выполнена в Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской...»

«ГРИШИН Максим Вячеславович Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия нанооксидов металлов 01.04.17 – Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва - 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химической физики им.Н.Н.Семенова РАН Официальные оппоненты : Доктор физико-матеметических наук, Рябенко Александр Георгиевич,...»

«Брянцева Наталья Геннадьевна ФОТОПРОЦЕССЫ В СЕНСИБИЛИЗАТОРАХ НА ОСНОВЕ ЗАМЕЩЕННЫХ КУМАРИНА 01.04.05 - оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2011 Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии, в лаборатории фотофизики и фотохимии молекул физического факультета и в отделении Фотоника молекул Сибирского физико-технического института Томского государственного университета. Научный руководитель : доктор...»

«Овчаренко Алексей Михайлович ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ГАЗОВОЙ ПОРИСТОСТИ В КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ Специальность 01.04.07 Физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Автор: Москва – 2014 Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете Московский инженерно-физический институт Доктор физико-математических наук, НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: профессор Чернов И.И.,...»

«Рыскина Лилия Леонидовна ПРИМЕНЕНИЕ БРСТ-БФВ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЛАГРАНЖЕВОЙ ФОРМУЛИРОВКИ В ТЕОРИИ МАССИВНЫХ ФЕРМИОННЫХ ПОЛЕЙ ВЫСШИХ СПИНОВ И ТЕОРИИ АНТИСИММЕТРИЧНЫХ БОЗОННЫХ И ФЕРМИОННЫХ ПОЛЕЙ. 01.04.02 Теоретическая физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2010 Работа выполнена на кафедре теоретической физики ГОУ ВПО Томский государственный педагогический университет Научный руководитель : доктор...»

«ВАСИЛЕНКО Ольга Николаевна Методы и средства многопараметровой магнитной структуроскопии изделий с использованием составных разомкнутых магнитных цепей 01.04.11 – физика магнитных явлений АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург - 2014 Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Ордена Трудового Красного Знамени Институте физики металлов Уральского отделения Российской академии...»

«Левчук Сергей Александрович Свойства осаждённых из лазерной плазмы разбавленных магнитных полупроводников на основе GaSb, Si и Ge, легированных Mn или Fe 01.04.10 – Физика полупроводников Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Нижний Новгород – 2011 Работа выполнена на кафедре электроники твердого тела физического факультета Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского Научный руководитель : доктор...»

«Ушакова Елена Владимировна ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ФОТОВОЗБУЖДЕНИЙ В КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ ХАЛЬКОГЕНИДОВ КАДМИЯ И СВИНЦА Специальность: 01.04.05 – Оптика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург – 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и...»

«ГАВАШЕЛИ ДАВИД ШОТАЕВИЧ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ДИЭЛЕКТРИКАХ С ФРАКТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук НАЛЬЧИК 2012 Работа выполнена на кафедре теоретической физики ФГБОУ ВПО Кабардино-Балкарский государственный университет имени Х.М. Бербекова доктор физико-математических наук Научный руководитель : Рехвиашвили...»

«Газизулин Расул Рамилевич ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИФЕРРОМАГНЕТИКА CsMnF3 МЕТОДАМИ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань – 2013 Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники им. С.А. Альтшулера ФГАОУ ВПО Казанский (Приволжский ) федеральный университет Научный руководитель : доктор...»

«Белов Кирилл Иванович ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВСКИПАНИЯ НЕДОГРЕТОЙ ВОДЫ НА ПЕРЕГРЕТЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ Специальность 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва – 2010 Работа выполнена в Объединенном институте высоких температур Российской Академии Наук Научный руководитель : канд. техн. наук, с.н.с. Ивочкин Юрий Петрович Научный консультант : докт. техн. наук, с.н.с. Зейгарник...»

«Клоков Андрей Владимирович ИМПУЛЬСНАЯ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНАЯ ТОМОГРАФИЯ ЛЕСА Специальность 01.04.03 - Радиофизика Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Томск 2009 2 Работа выполнена в Томском государственном университете Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Якубов Владимир Петрович Официальные оппоненты : Доктор физико-математических наук, Банах Виктор Арсентьевич, заведующий лабораторией...»

«Кидяров Борис Иванович МЕХАНИЗМ, КИНЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ И ВЫРАЩИВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ КРИСТАЛЛОВ ДЛЯ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ Специальность 01.04.07 Физика конденсированного состояния и 02.00.04 Физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Новосибирск - 2011 Работа выполнена в Учреждениях Российской академии наук: Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН и Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.