Electron microscopic studies of alumina ceramics treated with a high-current pulsed beam of low-energy electrons.pdf Среди широкого спектра современных методов модификации материалов большие перспективы имеет поверхностная обработка концентрированными потоками заряженных частиц [1-4]. В этой связи особое внимание уделяется методу обработки сильноточными импульсными пучками низкоэнергетических электронов (СИПНЭ). С помощью воздействия СИПНЭ можно управлять фазовым составом и прочностными свойствами приповерхностных слоев не только металлов и сплавов [5-9], но и керамических структур [10-13]. Проведенные авторами исследования [14, 15] показали, что обработка корундо-циркониевой керамики СИПНЭ приводит к фазовой (m → t) трансформации диоксида циркония, а также к удалению из приповерхностного слоя корундовой фазы из-за интенсивного испарения алюминия. Представляет интерес изучение воздействия СИПНЭ на микроструктурное состояние поверхности «чистого» Al2O3. Цель работы - исследовать влияние СИПНЭ на микроструктурное состояние приповерхностных слоев алюмооксидной керамики. Методика эксперимента Объект исследования - подложечный материал из вакуум-плотной алюмооксидной керамики (поликор, более 95% Al2O3). Исследуемые образцы размером 1×1×0.04 см были вырезаны из пластины размера 4×6×0.04 см. Облучение образцов проводили СИПНЭ на ускорителе «СОЛО» (Институт сильноточной электроники ИСЭ СО РАН, г. Томск). Режимы обработки - ускоряющее напряжение U = 15 кВ, ток пучка J - 100 и 150 А, длительность импульса t - 100 и 50 мкс соответственно, частота следования импульсов f = 0.3 Гц, число импульсов N = 5. Микроструктуру образцов исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) Hitachi TM-1000. Экспериментальные результаты Рис. 1. Микроструктура алюмооксидной керамики до (a) и после (б) облучения СИПНЭ при J = 150 А, t = 50 мкс, N = 5 Результаты электронной микроскопии поверхности образцов (рис. 1 и 2), обработанных СИПНЭ, показали, что состояние поверхностного слоя зависит от режимов обработки. На рис. 1 представлены результаты СЭМ поверхности керамических образцов до и после электронной обработки в режиме J = 150 А и t = = 50 мкс. В исходном состоянии до электронного воздействия образцы имели гладкую полированную поверхность, на которой можно увидеть поры и небольшие дефекты, распределенные случайным образом (рис. 1, а). Электронная обработка приводит к оплавлению приповерхностного слоя керамики и формированию в нем сетки микротрещин, которые разделяют оплавленный слой на микроблоки (рис. 1, б). Рис. 2. Микроструктура алюмооксидной керамики после облучения СИПНЭ: J = 100 А, t = 100 мкс, N = 5 Видно (рис. 2), что после электронного воздействия при J = 100 А и t = 100 мкс оплавленная поверхность по сравнению с обработкой при J = 150 А и t = 50 мкс содержит мелкие зерна со столбчатой структурой, обусловленной протеканием процессов рекристаллизации. Рис. 2 показывает, что формирование столбчатой структуры происходит вблизи образования трещин. Такую локализацию мест рекристаллизации можно объяснить рассеянием поверхностной энергии на границах трещин в момент перестройки крупных зёрен в более мелкие. Анализ результатов электронно-микроскопических исследований показал, что при электронном воздействии в режиме J = 150 А и t = 50 мкс образование столбчатой структуры на поверхности керамики не наблюдается (рис. 1, б). Выводы В дополнение к наблюдавшимся ранее [14, 15] при обработке СИПНЭ керамических материалов оплавлению, растрескиванию на фрагменты обработка алюмооксидной керамики СИПНЭ при J = 100 А, t = = 100 мкс, N = 5 приводит к оплавлению и последующей рекристаллизации приповерхностного слоя. Облучение СИПНЭ вызывает формирование в приповерхностном слое керамики столбчатой микроструктуры, локализованной преимущественно вблизи микротрещин. В этих местах наблюдается выстраивание зерен в направлении к поверхности образцов, что указывает на текстурированность микроструктуры керамики.

Скачать электронную версию публикации