Preview

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук

Расширенный поиск
Том 66, № 2 (2021)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.29235/1561-8358-2021-66-2

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯ 

135-144 86
Аннотация

Методом ионно-лучевого напыления получены пленки золота толщиной 2–13 нм на кремниевых и кварцевых подложках. Показано, что применение дополнительной операции напыления с последующим распылением слоя золота толщиной 2–3 нм позволяет снизить электрическое сопротивление и поверхностную шероховатость получаемых металлических пленок по сравнению с аналогичными пленками, полученными без ее использования. Результаты измерения температурного коэффициента сопротивления образцов наноразмерных пленок золота на кремниевых подложках позволили заключить, что напыляемые пленки становятся сплошными при толщине 6–8 нм. Результаты оптических измерений пленок золота толщиной 10 нм, полученных на кварцевых подложках, показали, что коэффициент отражения электромагнитного излучения на длине волны 850 нм на 2,8 % выше соответствующего коэффициента для таких же пленок, полученных без использования данной операции, и составляет 83 %. Важную роль в формировании наноразмерных слоев золота играют процессы автооблучения растущего слоя высокоэнергетической составляющей потока атомов золота. При использовании дополнительной операции напыления/распыления происходит внедрение в подложку высокоэнергетических атомов золота на глубину до 2 нм. С одной стороны, эти атомы являются источниками точечных дефектов в приповерхностном нарушенном слое подложки; а с другой – они служат дополнительными центрами кластерообразования. За счет этого обеспечивается высокая адгезия слоя металла к подложке, и, как следствие, пленки золота становятся сплошными и более однородными по микроструктуре. Метод ионно-лучевого напыления может быть успешно применен для получения качественных проводящих оптически прозрачных наноразмерных пленок золота.

145-153 54
Аннотация

Исследованы возможности и методы создания стабильной дефектной, в том числе дислокационной, структуры вблизи зон p–n-переходов кремниевых диодов генераторов шума на пластинах с кристаллографической ориентацией (111) и (001). Эффективное управление распределением неконтролируемых примесей в монокристаллическом кремнии достигается путем формирования в его объеме стабильной дислокационной структуры. При этом для получения воспроизводимых характеристик диодов генераторов шума необходимо, чтобы плотность дислокаций была однородной по всей площади пластины. Поскольку на краю дислокационного следа плотность дислокаций несколько ниже, чем в его середине, то это означает, что дислокационные следы, образованные соседними зонами оплавления с помощью лазерного пучка, должны перекрываться. На основании экспериментальных исследований установлено, что необходимая степень равномерности плотности генерируемых дефектов достигается при соблюдении условия a = (1,5–5,0)d, где а – шаг, d – ширина лазерного пятна на пластине. Процесс оплавления проводили в среде азота с применением лазерной установки геттерирования. Реальная ширина зоны оплавления оказалась не- много больше диаметра лазерного пятна за счет теплопроводности кремния и составила ∼10 мкм. Усиление генерации дислокаций на образующихся включениях Si3N4 в отличие от дислокаций на границе Si–SiО2 приводит к дополнительному расширению дислокационного следа на рабочей поверхности пластины. Стабильность дислокационной структуры, а также наличие в местах дислокаций примесных и вторичных атомов металлов в исследуемой структуре ND 103L подтверждены методом вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS). Результаты исследования прошли апробацию в ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» и могут быть использованы при изготовлении кремниевых диодов генераторов шума.

154-160 60
Аннотация

Проведенные микроструктурные исследования с использованием методов сканирующей электронной микроскопии и триботехнические испытания с применением стандартных методов изучения характеристик трения и изнашивания позволили установить механизм повышения износостойкости наноструктурированных металло- полимерных самосмазывающихся композиционных материалов. Показано, что политетрафторэтилен, содержащийся в порошковой медной матрице, позволяет на поверхности трения сформировать полимерные слои, способствующие снижению коэффициента трения и повышению нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации узла трения, а при разрушении данных слоев в процессе трения наноструктуры углерода, распределенные в объеме медной матрицы, препятствуют развитию процессов схватывания, возникающих при взаимодействии микронеровностей на поверхностях материала и контртела. Установлено, что при значениях давления в трибоконтакте выше 1,5 МПа происходит вытеснение полимерного наполнителя из зоны трения и практически полное вдавливание наноструктур углерода в открытые участки поверхности медной матрицы композита, в результате чего частицы наноструктурного углеродного наполнителя не имеют возможности перемещаться по поверхности трения и не препятствуют развитию процессов схватывания поверхностей композиционного материала и контртела. Повышение скорости скольжения выше 1,5 м/с сопровождается ростом температуры в трибоконтакте, что ведет к деструкции полимерного наполнителя и потере им свойств самосмазывания. Также интенсивное тепловыделение в трибоконтакте сопровождается образованием и накоплением структурных дефектов поверхностных слоев композиционного материала с сопутствующим снижением его прочностных свойств, повышением коэффициента трения и интенсификацией процесса изнашивания контактирующих поверхностей. При этом скорости скольжения выше 1,5 м/с способствуют достаточно быстрому выносу наноструктур углерода из зоны трения и, соответственно, ухудшению триботехнических характеристик композиционного материала. Полученные результаты исследований могут быть использованы в машиностроении, на транспорте и в энергетике.

161-168 67
Аннотация

С развитием технологии малоинвазивного лечения коронарные стенты из коррозионностойких сталей получили широкое распространение при восстановлении проходимости кровеносных сосудов. Эффективность стентирования коронарных сосудов зависит от различных факторов, однако основным фактором является качество поверхности стентов. Чем выше качество поверхности стента, тем меньше негативное влияние оказывается на кровеносную систему, стенки артерий и тем выше биологическая совместимость стента. Сложная форма, малое сечение, размеры и низкая жесткость коронарных стентов являются основными причинами невозможности обеспечения высокого качества поверхности с использованием механических способов финишной обработки. Поэтому для полирования стентов применяются электрохимические методы. Для электрохимического полирования (ЭХП) стентов традиционно используется электрический режим, основанный на постоянном токе. Недостатками ЭХП на постоянном токе являются чрезмерный съем металла и необходимость использования электролитов сложных составов, часто содержащих токсичные компоненты. В качестве альтернативы традиционному ЭХП с применением постоянного тока нами для полирования стентов предложен метод импульсного ЭХП с использованием импульсов микросекундной длительности. Применение импульсного тока позволяет добиться существенного повышения эффективности процесса ЭХП, когда за счет локализации анодного растворения скорость сглаживания микронеровностей обрабатываемой поверхности, отнесенная к общему съему металла, значительно возрастает. Представлен сравнительный анализ режимов ЭХП с применением постоянного и импульсного тока на изменение шероховатости поверхности, съема, радиуса закругления кромок и коррозионной стойкости на примере стентов из коррозионностойкой стали 316LVM. По результатам выполненных исследований установлены технологические режимы импульсного ЭХП, обеспечивающие наиболее качественное полирование поверхности стентов при малом съеме металла с незначительным скруглением кромок.

169-179 54
Аннотация

Изучены физико-механические и барьерные свойства непигментированных эпоксидных покрытий,  предназначенных для антикоррозионной защиты металлов и  сформированных из различных пленкообразующих систем на основе эпоксидных смол и аминных отвердителей. Барьерные свойства покрытий оценивали по характеру частотных зависимостей емкости и сопротивления окрашенных металлических пластин при контакте с 3%-ным водным раствором хлорида натрия, а также по величине смещения потенциала разомкнутой цепи с окрашенным электродом в сравнении с неокрашенным. Экспериментально установлено, что большее содержание гель-фракции характерно для покрытий, сформированных из низковязких пленкообразующих составов. Показано, что физико-механические и защитные свойства эпоксидных покрытий зависят от содержания функциональных групп в эпоксидной смоле и природы аминного отвердителя. Обнаружено, что для получения покрытий с лучшими свойствами предпочтительнее использовать аминные отвердители, которые характеризуются невысоким содержанием аминных групп и сниженной долей вторичных аминогрупп. Выявлена взаимосвязь между защитными свойствами покрытий и величинами водопоглощения. Предложено использовать изучение особенностей водопоглощения покрытий как простой экспресс-метод оценки их барьерных свойств. Рассмотрены технологические аспекты применения исследуемых составов при производстве антикоррозионных лакокрасочных материалов и показаны преимущества применения низковязких эпоксидных пленкообразующих систем, не содержащих инертных растворителей.

180-185 53
Аннотация

Представлены результаты работы, целью которой являлась оценка влияния способа подготовки на пористость формованных заготовок из порошкообразного политетрафторэтилена, а также его смесей с углеродным волокном и добавками пылевидного графита. Для достижения поставленной цели был выполнен сравнительный анализ влияния способа подготовки на микропористость спеченных заготовок из наполненного и ненаполненного пресс-материала на основе политетрафторэтилена. Методология определения микропористости заключалась в расчете соотношения фактической плотности заготовок и теоретической для беспористого материала, определенной методами структурной механики композитов. Результаты выполненных исследований показали, что заготовки из ненаполненного фторопласта, спрессованные при давлении 70…80 МПа, как правило, имеют пористость от 1,3 до 5,9 %. Исключение составляет образец, полученный спеканием в условиях всестороннего сжатия, у которого была достигнута нулевая пористость. Пористость заготовок, полученных из фторопласта, наполненного измельченным углеродным волокном и пылевидным графитом, составляет в абсолютном большинстве случаев от 0,4 до 3,9 %. Исключение представляет образец с содержанием наполнителя 40 мас.%, у которого пористость равна 16 %. Как для исходного, так и для наполненного политетрафторэтилена спекание в условиях всестороннего сжатия во всех опытах способствовало уменьшению остаточной микропористости. Это свидетельствует о технической эффективности такого метода получения изделий, несмотря на повышение трудоемкости процесса и усложнение средств технического оснащения.

МАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКА 

186-193 47
Аннотация

Выполнен математический анализ процессов пластического течения при однородной плоской, осесимметричной и объемной деформации. В основу анализа положено наружное формоизменение тела, определяющее перемещение материальных точек. Показано, что пластическое течение изотропного жесткопластического тела при плоской деформации подчинено гиперболическому закону, при осесимметричной и объемной – закону обратных квадратов. Пространственно-геометрические выражения этих законов позволили раскрыть и по-новому объяснить физическую сущность пластического сдвига. Доказано, что напряженное состояние тела при однородной деформации растяжения-сжатия является сложным и не может определяться как «линейное». Нормальное напряжение, совпадающее с направлением результирующего усилия деформирования, не является главным, так как в площадках, перпендикулярных этому направлению, касательные напряжения не равны нулю. Приведены примеры решения технологических задач: экструзии цилиндрических заготовок и волочения проволоки, прокатки широкой полосы прямоугольного профиля. Показано, что задачи по определению напряженно-деформированного состояния изотропных жесткопластических тел по известным траекториям перемещения материальных точек являются статически определимыми.

194-201 68
Аннотация

Приведена новая технология реверсивно-струйной очистки (РСО), разработанная авторами, с помощью которой можно весьма эффективно удалять продукты коррозии с различных поверхностей, в том числе и с металлической поверхности гребного винта. В основу данной технологии положен физический принцип, заключающийся в том, что струя рабочей жидкости (пульпа на основе речного песка либо бентонитовой глины) при соударении с очищаемой поверхностью разворачивается на 180°, что приводит к усилению струйного воздействия на очищаемую поверхность в 1,5–2 раза за счет возникновения реактивной составляющей. Для обеспечения отмеченного разворота струи была разработана оригинальная конструкция корпуса. Одним из основных элементов в этой конструкции является струеформирующее устройство, имеющее форму конфузора. Приведенные теоретические исследования потерь напора рабочей жидкости в канале конфузора основаны на исследовании функции потерь напора на экстремум. Это позволило получить зависимость для расчета оптимального угла конусности в широком диапазоне чисел Рейнольдса, характеризующих турбулентный режим движения с учетом влияния плотности рабочей жидкости, ее динамической вязкости, средней скорости движения рабочей жидкости, радиуса конфузора. Также определена зависимость от коэффициента эквивалентной шероховатости, то есть от постепенного износа канала конфузора. Полученное авторами выражение для расчета оптимального угла конусности конфузора может быть рекомендовано при проектировании аппаратов струйной очистки и других установок струйной техники.

ЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕН 

202-211 55
Аннотация

Экспериментально исследован процесс формирования парогазового образования у поверхности облучаемого металла. Изучены особенности изменения формы и размеры парогазового «пузыря» на разных стадиях процесса, в том числе и после завершения лазерной обработки материала. Установлено, что при использовании из- лучения лазера ГОР-100М, работающего в режиме свободной генерации (длительность импульса – 1,2 мс, плотность потока ~ 106 Вт/см2), форма поверхности кратера, формирующегося на поверхности расположенного в воде облучаемого образца, принципиально отличается от топографии лунки, которая сформировалась в результате воздействия лазерного импульса с теми же параметрами на аналогичный образец, окруженный воздухом при нормальном давлении (105 Па). Показано, что существенное отличие формы поверхности кратера, сформировавшегося в результате воздействия лазерного импульса с одинаковыми параметрами на одинаковые образцы, окруженные воздухом и водой, определяется принципиально различным характером течения плазмы и парогазовой смеси в указанных случаях.

212-219 47
Аннотация

Рассмотрена адаптивная фазовая автоподстройка частоты, которая позволяет улучшить стабильность синхронизации активного фильтра, добиться качественной компенсации высших гармонических составляющих тока, потребляемого автономными объектами. Следовательно, применение такого активного фильтра существенного улучшит качества электроэнергии и нормальное безаварийное функционирование оборудования в целом. Система управления с адаптивной фазовой автоподстройкой частот имеет достоинства, выражаемые в надежной и эффективной системе управления, дает возможность оперативно реагировать на динамические изменения нагрузки, что характерно для работы функционального оборудования автономных объектов. Система управления становится в более гибкой, надежной, эффективной и обеспечивает получение мгновенного значения тока компенсации по измеренным значениям кривой тока нагрузки. Вычисления возможно проводить в режиме реального времени. Алгоритмы LMS, NLMS, RLS рассмотрены в качестве настройки весовых коэффициентов адаптивной фазовой автоподстройки частоты в системе коррекции параметров питающего напряжения. На основе имитационного моделирования алгоритмов, проведенного в среде MATLAB, сделан сравнительный анализ их эффективности. Показано, что наивысшее качество подавления и минимальное время переходного процесса имеет алгоритм NLMS. Этот алгоритм работает в режиме реального времени и рекомендуется для применения в системе коррекции показателей питающего напряжения.

220-226 42
Аннотация

Приведены результаты экспериментального исследования внешнего теплообмена с трубным пучком в псевдоожиженном бидисперсном слое с выраженной бимодальностью распределения частиц по размерам. Установлены зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости фильтрации воздуха, влияние массовой доли крупных частиц в смеси на максимальный коэффициент теплоотдачи. Получена интерполяционная зависимость для расчета оптимальной скорости фильтрации исследуемых смесей. В качестве эквивалентного диаметра при расчете теплоотдачи рекомендовано использовать среднеповерхностный диаметр частиц полидисперсной смеси. Разработана методика расчета максимального коэффициента теплоотдачи и оптимальной скорости фильтрации для квазибидисперсного кипящего слоя. Метод основан на использовании коэффициентов теплоотдачи и оптимальных скоростей фильтрации отдельных составляющих бидисперсной смеси. Получены уравнения для расчета максимального коэффициента теплоотдачи и оптимальной скорости фильтрации в бидисперсной смеси.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ 

227-233 62
Аннотация

Вакансионно-кислородные комплексы VnOm (n, m ≥ 1) в кристаллах кремния являются центрами зарождения кислородных преципитатов, которые широко используются в качестве внутренних геттеров нежелательных примесей в современных технологиях изготовления кремниевых электронных приборов и интегральных ми кросхем. Для контролируемого формирования кислородных преципитатов в кристаллах Si в технологических процессах необходимы методы измерения концентрации комплексов VnOm. Целью настоящей работы было нахождение калибровочных коэффициентов для определения концентрации вакансионно-кислородных дефектов в кремнии из интенсивностей полос инфракрасного (ИК) поглощения, связанных с локальными колебательными модами (ЛКМ) этих комплексов. С использованием электрических (эффект Холла) и оптических (ИК поглощение) измерений проведено комплексное исследование вакансионно-кислородных центров в кристаллах кремния, облученных электронами с энергией 6 МэВ. На основе анализа полученных данных установлены значения калибровочных коэффициентов для определения концентрации комплекса вакансия-кислород (VO) в кремнии методом инфракрасного поглощения: для измерений при комнатной температуре (RT) – NVO = 8,5 · 1016 · αVO-RT см–3, в случае низкотемпературных (LT, Т ≡ 10 К) измерений – N VO = 3,5 · 1016 · αVO-LT см–3, где αVO-RT(LT) – коэффициенты поглощения в максимумах полос ЛКМ комплекса VO в спектрах, измеренных при соответствующей температуре. Установлены также калибровочные коэффициенты для определения концентраций других вакансионно-кислородных комплексов VnOm (VO2, VO3, VO4, V2O и V3O) и кислородного димера (O2) из анализа спектров поглощения измеренных при комнатной температуре.

234-240 53
Аннотация

Изучены зависимости характеристик от температуры окружающей среды трех типов кремниевых фотоумножителей. В качестве объектов исследования использовались опытные образцы Si-ФЭУ со структурой p+–p–n+ производства ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь), серийно выпускаемые Si-ФЭУ KETEK РМ3325 и ON Semi FC 30035. Приведена схема установки и методика исследования. Выполнены измерения величины фототока от интенсивности засветки, расчеты критической и пороговой интенсивности, динамического диапазона регистрируемого оптического излучения. Представлены зависимости фототока от интенсивности засветки при разных температурах окружающей среды. Установлено, что данные зависимости имеют линейный участок, длина которого характеризует значение критической интенсивности излучения, а угол наклона линейного участка к оси интенсивности – чувствительность Si-ФЭУ к оптическому излучению. Определено, что рост температуры приводит к ро- сту величины критической интенсивности и снижению чувствительности. Представлены зависимости пороговой интенсивности излучения от перенапряжения при разных температурах окружающей среды. Наиболее сильно зависимость пороговой интенсивности от перенапряжения проявляется при напряжении питания ниже напряжения пробоя. Установлено, что пороговая интенсивность излучения повышается с ростом температуры и зависимость пороговой интенсивности от температуры одинакова для всех исследуемых Si-ФЭУ. Определено, что значение динамического диапазона с ростом температуры уменьшается, что вызвано более значительным изменением пороговой интенсивности по сравнению с критической. Результаты исследований могут найти применение при разработке и конструировании приборов и устройств для регистрации оптического излучения на основе Si-ФЭУ.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ 

241-249 61
Аннотация

Рассмотрен подход к решению проблемы повышения точности системы автоматического управления беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в условиях нестационарных помех. Такие помехи обусловлены случайными изменениями шумов измерительных датчиков, которые установлены в планере БЛА, при смене курса, крена и высоты полета БЛА за счет перестройки или трансформации режима работы двигательной установки БЛА. Нестационарные шумы не позволяют получить максимального эффекта применения теории оптимальной фильтрации, основанной на классическом фильтре Калмана. Предложен метод стабилизации шумов датчиков за счет применения схемы шумовой автоматической регулировки усиления, установленной перед фильтром Калмана. Для его количественной оценки авторами разработана компьютерная модель и проведено динамическое моделирование по тестовым сигналам, которое показало применимость классического фильтра Калмана в нестационарных условиях и уменьшение ошибок фильтрации системы автоматического управления

ДИАГНОСТИКА И БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ 

250-256 42
Аннотация

Актуальность работы обусловлена отсутствием на настоящее время физической интерпретации процесса тушения струйных горящих систем огнетушащими порошками, важной для обеспечения эффективного тушения пожаров на газонефтяных комплексах и опасных химических производствах. Рассмотрена математическая модель кинетики реакции гетерогенного ингибирования активных центров пламени струйной горящей системы частицами огнетушащего порошка в неустановившемся режиме в приближении чисто молекулярного переноса вещества в зоне реакции. Установлены общие закономерности механизма гетерогенного ингибирования активных центров пламени частицами огнетушащего порошка в условиях, когда активные частицы продуктов горения участвуют не только в диффузионном, но и в конвективном переносе. Показано, что конвективное движение активных центров пламени повышает скорость реакции гетерогенного ингибирования их частицами огнетушащего вещества. Полученные результаты позволяют оптимизировать условия подачи огнетушащего порошка в струйную горящую систему для эффективного подавления пламени.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1561-8358 (Print)
ISSN 2524-244X (Online)