Спосіб визначення абсолютної товщини міжзеренного прошарку в голчастих зразках з бамбуковою структурою

Реферат: Спосіб визначення абсолютної товщини міжзеренного прошарку в голчастих зразках з бамбуковою структурою включає вимірювання параметрів діючого електричного поля на зразок під час його атомного випаровування. Здійснюють його об'ємне сканування за допомогою польового іонного мікроскопа. Розраховують шукану величину. UA 85149 U (12) UA 85149 U UA 85149 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі металознавства, а саме до способів визначення властивостей полікристалічних матеріалів. Міжзеренні включення (прошарки) та інші межі у полікристалах впливають на цілу низку різноманітних властивостей цих матеріалів. Тому проблема визначення абсолютної товщини міжзеренних прошарків досить актуальна у металознавстві [Гляйтер Г., Чалмерс Б. Большеугловые границы зёрен. - М.: Мир, 1975.-375 с; Ксенофонтов В.А., Саданов Е.В., Михайловский И.М., Великодня О.А. Полева ионная микроскопия объектов микрометрового масштаба, 2005, том 31, вып. 20]. Тому проблема визначення абсолютної товщини міжзеренних прошарків досить актуальна у металознавстві. Недоліком знаходження товщини міжзеренних прошарків стандартними методами металознавства є те, що вимірювання є досить приблизним у мікронному усередненому діапазоні, і його результат не завжди відповідає реальній товщині міжзеренних прошарків. Найбільш близьким за своєю суттю є спостереження подібних об'єктів на атомному рівні в польовому іонному мікроскопі (ПІМ), яке вперше було опубліковано в роботі [Гарбер Р.И., Афанасьев В.И., Михайлов А.Ф., Левандовский Б.И. Автоионномикроскопическое исследование межзеренной прослойки в вольфраме. //Известия ВУЗов. Физика.-1971. - № 2. - с. 122-123.]. В цій роботі зазначалось, що в процесі випаровування електричним полем вольфрамового голчастого зразка в ПІМ спостерігався міжзеренний прошарок, площина якого була нормальна (перпендикулярна) осі голчастого зразка, а це також свідчило про його бамбукову структуру. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу визначення абсолютної товщини міжзеренного прошарку в голчастих зразках з бамбуковою структурою. Задачу вирішують шляхом спостереження на атомному рівні в ПІМ завдяки об'ємному скануванню голчастого зразка з бамбуковою структурою із застосуванням атомного випаровування поверхні діючим електричним полем. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 схематично зображений голчастий зразок з бамбуковою структурою: 1 - перший мікрокристал; 2 - міжзеренний прошарок; 3 - другий мікрокристал. Спосіб визначення товщини H міжзеренного прошарку стає можливим здійснити після допоміжних геометричних побудов, які наведені на фіг. 2. На фіг. 2 голчастий зразок подають у вигляді конуса з трьома послідовними півсферичними вершинами: P1 - для першого мікрокристала, P2 - для другого, P3 - для третього і уявної вершини P за побудовою, а радіуси цих півсферичних поверхонь мікрокристалів R1 , R 2 , R 3 виявляються у процесі атомного випаровування в ПІМ. На фіг. 2 зазначені центри O1 , O2 , O3 півсферичних вершин зразка та кути  однакові, бо вони утворені радіусами, які нормальні до поверхні сфери та січними площинами, які нормальні осі РО3 зразка. Також під час здійснення цього процесу визначають товщину h шару першого мікрокристала по кількості видалення атомних шарів. За допомогою зазначених геометричних позначень отримують формулу для знаходження абсолютної товщини H міжзеренного прошарку чи міжфазної межі: hR 3  R 2  H R 2  R1 , де h - товщина шару першого мікрокристала, яку визначають за кількістю атомних шарів, що випаровуються; R1 , R 2 , R 3 - радіуси півсферичних поверхонь мікрокристалів (фіг. 2). Під час спостереження зображення зразка на екрані ПІМ існує зв'язок напруги U з напруженістю E0 електричного поля біля півсферичної поверхні зразка з радіусом R [Ван Оострем А. Анализ поверхности методами автономной микроскопии и атомного зонда. В книге "Новое в исследовании поверхности твёрдого тела". Выпуск 2. - М.: Мир, 1977.-371 с]: E0  U / kR , де k - геометричний фактор; U - напруга; 50 R - радіус. Врахування останнього співвідношення дає можливість одержати вираз для розрахунку абсолютної товщини H міжзеренного прошарку за параметрами спостереження голчастих зразків з бамбуковою структурою в ПІМ: 1 UA 85149 U H 5 10 hU3  U2  U2  U1 , де h - товщина шару першого мікрокристала, яку визначається за кількістю атомних шарів; U1 , U2 , U3 - відповідні напруги, при яких спостерігались зображення півсферичних поверхонь голчастих зразків з радіусами R1 , R 2 , R 3 (фіг. 2). Врахування даних спостережень зразка в роботі [Гарбер Р.И., Афанасьев В.И., Михайлов А.Ф., Левандовский Б.И. Автоионномикроскопическое исследование межзеренной прослойки в вольфраме. //Известия вузов. Физика.-1971. - № 2. - с. 122-123] дало товщину міжзеренного прошарку близько 41 нм. Запропонований спосіб дає можливість не тільки визначати абсолютні товщини міжзеренних прошарків на атомному рівні в голчастих зразках з бамбуковою структурою, але й дозволяє визначати хімічний склад цих прошарків, якщо є можливість використовувати ПІМ у поєднанні з атомним зондом [Ван Оострем А. Анализ поверхности методами автономной микроскопии и атомного зонда. В книге "Новое в исследовании поверхности твёрдого тела". Выпуск 2. - М.: Мир, 1977.-371 с]. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб визначення абсолютної товщини міжзеренного прошарку в голчастих зразках з бамбуковою структурою, який відрізняється тим, що вимірюють параметри діючого електричного поля на зразок під час його атомного випаровування, здійснюючи його об'ємне сканування за допомогою польового іонного мікроскопа, після цього шукану величину hU3  U2  розраховують за формулою H  , U2  U1 де h - товщина шару першого мікрокристала, яку визначають за кількістю атомних шарів, що випаровуються; U1 , U2 , U3 - відповідні напруги, при яких спостерігають зображення півсферичних поверхонь голчастих зразків з радіусами R1, R2, R3. 2 UA 85149 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3