Вплив пластичної деформації та іонного опромінення на аморфізацію і оптичні властивості сплавів на основі Fe і Ni

Abstract

Дисертацію присвячено вивченню впливу пластичної деформації та іонного опромінення на аморфізацію та оптичні властивості аморфних сплавів. Для дослідження використаний спектроеліпсометричний метод Бітті – Кона, чисельний розрахунок оптичних параметрів виконувався шляхом розв’язання оберненої задачі еліпсометрії; моделювання топології гетерогенних систем відбувалося в рамках наближень Максвелла – Гарнетта та Бруггемана – Ландауера. Апроксимація гармоніками результатів моделювання дозволила оцінити точність еліпсометричних розрахунків. Установлено, що пластична деформація сплавів Ni85C15 викликає процеси кристалізації та збільшення кількості повітряної фази в поверхневому шарі. Бомбардування поверхонь сплавів Ni40Fe50B10 і Ni40Fe40B20 низькоенергетичними іонами приводить до зменшення оптичної товщини поверхневого шару. Стабілізація еліпсометричних параметрів поверхні у процесі її бомбардування відбувається упродовж перших 3 хвилин. Оптичні характеристики поверхневого шару визначаються фізичним станом поверхні: чим вища шорсткість, тим більша оптична товщина поверхневого шару d і менше значення показників заломлення n1 і поглинання k1. Оптичні характеристики підкладки менш чутливі до змін, що відбуваються у поверхневому шарі. Доведено, що залежності оптичної товщини поверхневого шару і температури кристалізації Tкр від типу легуючого елемента мають подібний характер, що свідчить про прямий взаємозв'язок між об'ємними і поверхневими властивостями аморфних сплавів Fe80ДМ5B15 і Fe78-xNixSi9B13. Експериментальні залежності значень оптичної провідності для довжини хвилі падаючого світла = 827,5 нм і температури кристалізації Ткр від типу легуючого елемента мають антибатну залежність, що підтверджує критерій Нагеля –Таука про стабільність аморфних сплавів. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/35940

Диссертация посвящена изучению влияния пластической деформации и ионного облучения на аморфизацию и оптические свойства аморфных сплавов. Для исследования использовался спектроэллипсометрический метод Битти – Кона, числовой расчет оптических параметров выполнялся путем решения обратной задачи эллипсометрии; моделирование топологии гетерогенных систем происходило с учетом приближений Максвелла – Гарнетта и Бруггемана – Ландауэра. Анализ спектральных зависимостей оптических параметров исследованных образцов показал, что положение подавляющего большинства точек аппроксимируется тремя гармониками. Возможность выделения гармонических составляющих объясняется проявлением волновых свойств электронов и падающего света. Аппроксимация гармониками результатов моделирования позволила оценить точность эллипсометрических расчетов. Установлено, что физические свойства образцов аморфного сплава Ni85C15 после пластической деформации приближаются к свойствам материала такого же химического состава с кристаллической структурой. Спектральные зависимости оптической толщины поверхностного слоя и оптической проводимости после пластической деформации и с кристаллической структурой изменяются одинаково по отношению к исходному аморфному образцу. Деформационное воздействие на АМС вызвало резкое увеличение кристаллической и воздушной фаз в аморфной матрице поверхностного слоя. Небольшие различия результатов при использовании приближений Максвелла – Гарнетта и Бруггемана – Ландауэра обусловлены особенностями выбранных моделей: приближение Максвелла – Гарнетта соответствует аморфному состоянию, приближение Бруггемана – Ландауэра – деформированному аморфному. Бомбардировка поверхности сплавов Ni40Fe50B10 и Ni40Fe40B20 низкоэнергетическими ионами аргона привели к уменьшению оптической толщины поверхностного слоя. Стабилизация эллипсометрических параметров поверхности происходила в течение первых 3 минут, дальнейшее увеличение времени воздействия значительных изменений не вызывало. Установлено, что бомбардировка в аномально тлеющем разряде и полировка поверхности привела к уменьшению значений эллипсометрических углов. Учитывая, что эллипсометрический параметр в первую очередь реагирует на из-менение шероховатости, проведенные исследования позволили сделать вывод об уменьшении шероховатости поверхности. Анализ спектральных зависимостей показал, что значения оптических характеристик определяются физическим состоянием поверхности: чем больше шероховатость, тем больше оптическая толщина d и меньше значения показателей преломления n1 и поглощения k1. Оптические характеристики подложки менее чувствительны к изменениям, которые происходили в поверхностном слое. Зависимости оптической толщины d поверхностного слоя и температуры кристаллизации Ткр от типа легирующего элемента для сплавов Fe80ПМ5B15, Fe78-xNixSi9B13 показали, что сплав с максимальной или минимальной оптиче-ской толщиной d поверхностного слоя характеризовался соответственно максимальной или минимальной температурой кристаллизации Ткр. Зависимости температуры кристаллизации Ткр и оптической проводимости (для длины волны падающего света λ = 827,5 нм) от типа легирующего элемента для сплава Fe80ПМ5B15 имели антибатный характер. Поскольку абсолютные значения зависят от плотности электронных состояний на уровне Ферми, можно допустить, что выполняется критерий Нагеля – Таука. В соответствии с ним для элемента, который имеет наименьшую термическую стабильность, плотность электронных состояний будет наибольшей. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/35940

The work is devoted to investigation of the plastic deformation and ion irradiation influence on amorphization and optical properties of amorphous alloys. The Beatty – Kona spectroscopy ellipsometric method has been used in the present pa-per, the numerical values of optical parameters have been determined by solving inverse problem of ellipsometry. Simulation of the heterogeneous systems topolo-gy has been performed using Maxwell – Garnett and Bruhhemana – Landaue ap-proximations. Harmonics approximation of modeling results allowed to estimate the accuracy of the ellipsometric calculations. It was found that plastic deformation of Ni85C15 alloys causes crystallization processes and increases air phase in the surface layer. It was shown that bombardment of the Ni40Fe50B10 and Ni40Fe40B20 amorphous alloys by low energy ions leads to decrease in optical thickness of the surface layer. Stabilization of the ellipsometric surface parameters during the bombardment occurs during the first 3 minutes. The optical characteristics of the surface layer are determined by physical state of the surface itself. With increase in the surface roughness the surface layer optical thickness also increases. At the same time refraction index n1 and absorption index k1 decrease. The substrate optical characteristics are less sensitive to the changes that take place in the surface layer. It was established in the work that the dependences of the optical thickness d and the crystallization temperature Tсr on the doping material type have a similar character for amorphous Fe80AM5B15 and Fe78-xNixSi9B13 alloys. This fact evidences direct relationship between the bulk and surface properties of the allows. The experimental optical conductivity dependences on the doping element type for the incident light wavelength = 827,5 nm and crystallization temperature Tсr have antibate character, that confirms Nagel – Tauke criterion about stability of amorphous alloys. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/35940