Спосіб визначення відносної зміни поверхневої енергії голчастих кристалів внаслідок появи тонкого металевого шару покриття

Реферат: Спосіб визначення відносної зміни поверхневої енергії голчастих кристалів внаслідок появи тонкого шару металевого покриття, причому чисельне значення величини знаходять завдяки вимірюванню параметрів діючого електричного поля на зразок в польовому іонному мікроскопі. UA 103599 U (12) UA 103599 U UA 103599 U 5 10 15 Корисна модель належить до галузі металознавства, а саме визначення властивостей поверхні металевих кристалів. Поверхня є у кожного металевого виробу, а її вільна енергія, або енергія відносно вакууму є досить важливою характеристикою [В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман, С.А. Фирстов. Физические основы прочности тугоплавких металлов. "Наукова думка", Киев, 1975]. У промисловості часто використовують тонкі шари інших металів, що наносять на поверхні виробів. Тому постає теоретичне та практичне питання для металознавства - чи виникає при цьому зміна поверхневої енергії? Відомі методи виміру поверхневої енергії кристалів не прямі, а досить складні [А. Келли, Г. Грос. Кристаллография и дефекти в кристалах. Изд-во "Мир" М. 1974]. Спосіб визначення відносної зміни поверхневої енергії голчастого кристала внаслідок появи тонкого шару покриття на його верхівці, оснований на використанні спостережень у польовому іонному мікроскопі (ПІМ). [Дранова Ж.И., Дьяченко A.M., Михайловский И.М. Зависимость свободной поверхности энергии от размеров микрокристаллов. УФЖ, 1971, 16, № 1, С. 155157]. Під час отримання стабільного зображення поверхні зразка на атомному рівні, виконується вимірювання параметрів електричного поля: 2 γ=0,5ε0R(αU0) , 20 25 (1) де γ - поверхнева енергія металу відносно вакууму; ε0 - електрична стала; R - радіус кривизни верхівки голчастого зразка; α - фактор електричного поля в ПІМ; U0 - компенсуюча напруга електричного поля. В основу корисної моделі поставлена задача визначити відносну зміну поверхневої енергії при появі на голчастих кристалах тонких металевих шарів. Якщо осадження тонкого шару покриття на голчастий зразок з радіусом R1 його верхівки не приводить до значної зміни R2 (R1R2) (креслення), тоді відносна зміна поверхневої енергії γ2/γ1 з врахуванням (1) буде: 2 γ2/γ1=(U02/U01), 30 де U01 та U02 - напруги електричного поля під час спостереження в ПІМ зразка без покриття та з покриттям; γ1 - поверхнева енергія голчастого зразка без покриття; γ2 - поверхнева енергія тонкого шару металевого покриття. У випадку, коли R1R2, тобто радіус верхівки голчастого кристала змінюється, буде 35 γ2/γ1=(R2/R1)(U02/U01) 40 45 50 (2) 2 (3) Як приклад використання запропонованого способу розрахунку відносної зміни поверхневої енергії є нанесення тонкого шару танталу на голчастий кристал вольфраму марки ВА-3 [Гарбер Р.И., Афанасьев В.И., Левандовский Б.И., Пругер Х.И. Исследование плёнок соединений тантала на поверхности игольчатых микрокристалов вольфрама. ФММ, 1972, 33, № 4, с. 890933]. Розрахунки за формулою (2) показали, що поверхнева енергія голчастого мікрокристала з тонким шаром з'єднань танталу зменшилась і складає тільки 20 % від енергії вольфраму. Технічний результат: запропонований спосіб дає можливість визначити відносну зміну поверхневої енергії при появі на голчастих кристалах тонких металевих шарів, а також знаходити оптимальні співвідношення контактуючих речовин з точки зору експлуатаційних можливостей реальних виробів. Для підвищення вірогідності спостереження покриттів з малою адгезією з голчастим мікрокристалами треба змінювати умови спостереження в ПІМ [Ксенефонтов В.Α., Соданов Е.В., Михайловский М.Н., Великодня О.А. Полевая ионная микроскопия объектов микрометрового масштаба. Письма в ЖТФ, 2005, τ 31, вып. 20, стр. 7691]. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Спосіб визначення відносної зміни поверхневої енергії голчастих кристалів внаслідок появи тонкого шару металевого покриття, який відрізняється тим, що чисельне значення величини знаходять завдяки вимірюванню параметрів діючого електричного поля на зразок в польовому іонному мікроскопі (ПІМ), причому шукану величину розраховують за формулою: 1 UA 103599 U 2 5 10 15 γ2/γ1=(U02/U01) , (1) де U01 та U02 - напруги електричного поля під час спостереження в ПІМ зразка без покриття та з покриттям; γ1 - поверхнева енергія голчастого зразка без покриття; γ2 - поверхнева енергія тонкого шару металевого покриття. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у випадку, коли R1R2, тобто радіус верхівки R1 голчастого зразка помітно змінюється до R2, після осадження шару покриття, шукану величину розраховують за формулою: 2 γ2/γ1=(R2/R1)(U02/U01) , (2) де U01 та U02 - напруги електричного поля під час спостереження в ПІМ зразка без покриття та з покриттям; γ1 - поверхнева енергія голчастого зразка без покриття; γ2 - поверхнева енергія тонкого шару металевого покриття; R1 - радіус кривизни верхівки голчастого зразка без покриття; R2 - радіус кривизни верхівки голчастого зразка з покриттям. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2