Закономерности физико-химических процессов в дисперсных металлах, подвергнутых высокоэнергетическим воздействиям, и их структурно-энергетическое состояние

Оглавление ……………………………………………………………………………………………………….. 2

Введение …………………………………………………………………………………………………………… 7

Глава 1. Закономерности воздействия высокоэнергетических излучений на
материалы……………………………………………………………………………………………………….. 20

1.1. Запасенная энергия как характеристика структурно-энергетического
состояния твёрдого тела после облучения ……………………………………………………….. 20

1.2. Известные механизмы запасания энергии в конденсированных
композитных структурах на межфазных границах …………………………………………… 22

1.2.1. Электрическая ёмкость электронно-дырочного (p–n)-перехода между
двумя полупроводниками ………………………………………………………………………………… 22

1.2.2. Структуры «металл–диэлектрик–металл» (в том числе
тонкопленочные металл-оксидные структуры) ………………………………………………… 24

1.2.3. Молекулярные конденсаторы и запасенная в них энергия ……………. 25

1.3. Запасённая кристаллической решёткой твёрдого тела энергия …………… 28

1.3.1. Запасённая энергия малыми частицами дисперсных металлов ……… 29

1.3.2. Запасание энергии структурными дефектами в твёрдом теле ……….. 31

1.3.3. Запасённая химическая энергия взрывчатых веществ …………………… 32

1.4. Высокоэнергетическое нетепловое воздействие на твёрдое тело ………… 37

1.4.1. Действие потоков электронов и гамма-излучения на металлы и
стабилизация облучённого металла …………………………………………………………………. 37

1.4.2. Воздействие СВЧ-излучения на твёрдое тело ………………………………. 44

1.4.3. Электрический взрыв проводников как способ запасания энергии в
нанодисперсном состоянии металлов ………………………………………………………………. 47
1.4.4. Запасенная энергия в наночастице и нанопорошке ……………………….. 66

1.5. Релаксация запасённой энергии в нанодисперсном алюминии и
сопровождающие её физико-химические процессы …………………………………………. 73

1.5.1. Последовательность образования кристаллических фаз при горении
нанопорошка алюминия ………………………………………………………………………………….. 75

1.5.2. Закономерности изменения морфологии поверхности горящего
порошка алюминия и скорости горения …………………………………………………………… 82

1.5.3. Влияние однородного магнитного поля на микроструктуру продуктов
сгорания нанопорошка алюминия в воздухе …………………………………………………….. 93

1.5.4. Влияние неоднородного магнитного поля на микроструктуру
продуктов сгорания нанопорошка алюминия в воздухе ……………………………………. 97

1.5.5. Влияние электрического поля на микроструктуру продуктов сгорания
нанопорошка алюминия в воздухе …………………………………………………………………… 98

1.5.6. Микронапряжения в кристаллической решетке продуктов сгорания
нанопорошка алюминия в воздухе …………………………………………………………………… 99

1.5.7. Роль запасённой энергии при формировании кристаллов AlN при
горении нанопорошка алюминия …………………………………………………………………… 105

1.6. Структурно-методологическая схема диссертационного исследования и
обоснование цели диссертации ………………………………………………………………………. 107

Глава 2. Характеристики материалов, использованных в диссертационном
исследовании, методики и методы исследования……………………………………………. 112

2.1. Методики определения и характеристики структуры исследуемых
дисперсных металлов …………………………………………………………………………………….. 112

2.1.1. Методика определения содержания примесей в порошках металлов с
помощью метода нейтронно-активационного анализа ……………………………………. 114
2.1.2. Методика определения микроструктуры отдельных частиц и порошка
с помощью просвечивающей микроскопии высокого разрешения и растровой
электронной микроскопии……………………………………………………………………………… 119

2.1.3. Методика определения микронапряжений в частицах порошка
металла с помощью рентгеноструктурного анализа ……………………………………….. 126

2.2. Интегральная оценка структурно-энергетического состояния порошков
металлов с помощью метода дифференциального термического анализа ……….. 131

2.3. Методики облучения порошков металлов ионизирующими излучениями
различного вида …………………………………………………………………………………………….. 136

2.3.1. Короткоимпульсное СВЧ-излучение ………………………………………….. 136

2.3.2. Потоки ускоренных электронов …………………………………………………. 138

2.3.3. Синхротронное излучение …………………………………………………………. 139

2.4. Выводы по главе 2 …………………………………………………………………………… 141

Глава 3. Термохимические характеристики дисперсных металлов после
воздействия бета-излучения …………………………………………………………………………… 142

3.1. Характеристики дисперсных металлов после воздействия потоков
ускоренных электронов с энергией 360 кэВ……………………………………………………. 143

3.1.1. Нанодисперсный Al …………………………………………………………………… 143

3.1.2. Нанодисперсный Fe …………………………………………………………………… 147

3.1.3. Микронные дисперсные Al и Fe …………………………………………………. 149

3.2. Характеристики нанодисперсных металлов после воздействия потоков
ускоренных электронов с энергией 4 МэВ ……………………………………………………… 152

3.3. Характеристики микронного дисперсного алюминия после воздействия
потоков ускоренных электронов с энергией 4 МэВ ………………………………………… 154

3.4. Феноменологическая физико-химическая модель воздействия потоков
ускоренных электронов на дисперсные металлы ……………………………………………. 158
3.5. Выводы по главе 3 …………………………………………………………………………… 160

Глава 4. Термохимические характеристики дисперсных металлов после действия
короткоимпульсного СВЧ-излучения …………………………………………………………….. 162

4.1. Физико-химические процессы при воздействии импульсов лазерного
излучения на металлы ……………………………………………………………………………………. 163

4.2. Физико-химические характеристики дисперсного алюминия после
воздействия синхротронного излучения рентгеновского диапазона ……………….. 165

4.3. Физико-химические характеристики дисперсного железа после воздействия
СВЧ-излучения ……………………………………………………………………………………………… 168

4.4. Характеристики дисперсного алюминия после воздействия СВЧ-излучения
……………………………………………………………………………………………………………………… 174

4.5. Моделирование пороговой длительности СВЧ-импульса,
взаимодействующего с дисперсным алюминием по нетепловому механизму …. 180

4.6. Выводы по главе 4……………………………………………………………………………… 186

Глава 5. Закономерности изменения структурно-энергетического состояния
дисперсных металлов вследствие облучения ………………………………………………….. 188

5.1. Нетепловой механизм действия СВЧ-излучения на порошки алюминия,
формирования и стабилизации энергонасыщенного состояния ………………………. 188

5.2. Влияние гамма-облучения на термохимические свойства микронных
порошков алюминия ……………………………………………………………………………………… 194

5.3. Восстановление алюминия в оксидной оболочке наночастицы под
действием высокоэнергетического излучения ………………………………………………… 196

5.4. Эквивалентные электрические схемы строения частицы алюминия с
запасённой энергией и процессов релаксации ………………………………………………… 201

5.5. Воздействие СВЧ-излучения на нанопорошки меди и вольфрама……….. 203
5.6. Энергетическая диаграмма существования нового метастабильного
состояния дисперсных металлов с запасённой энергией, превышающей энтальпию
плавления ……………………………………………………………………………………………………… 207

5.7. Сравнение предложенных методов воздействия излучений ………………… 209

5.8. Выводы по главе 5……………………………………………………………………………… 210

Глава 6. Применение дисперсных металлов с запасённой энергией ………………… 212

6.2. Физико-химические стадии процесса повышения реакционной способности
порошков металлов ……………………………………………………………………………………….. 213

6.3. Перспективные области технологического применения дисперсных
металлов с запасённой энергией …………………………………………………………………….. 215

6.3.1. Применение в модельных высокоэнергетических материалах ………… 215

6.3.2. Применение для синтеза керамических материалов ……………………….. 226

6.3.3. Применение для синтеза нитрида алюминия ………………………………….. 233

6.4. Выводы по главе 6……………………………………………………………………………… 234

Заключение …………………………………………………………………………………………………… 236

Выводы по диссертации ………………………………………………………………………………… 241

Список сокращений и условных обозначений ………………………………………………… 244

Словарь терминов………………………………………………………………………………………….. 246

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………. 249

Приложение 1. Термограммы микро- и нанопорошков металлов ……………………. 278

Приложение 2. Акты ……………………………………………………………………………………… 293