Отдел газофазных и плазмохимических процессов

Отдел основан 1 сентября 1986 г. и состоит из лаборатории плазмохимических процессов, группы организационно-технического обеспечения и группы композиционных материалов, в составе которых работают 1 доктор и 2 кандидата наук.

Результаты работ опубликованы в более чем 300 печатных работах, среди которых 1 монография, 20 патентов и 3 диссертации. С более детальным списком можно ознакомиться здесь.

Основные направления работы:

– исследование процессов газофазной кристаллизации металлов, сплавов и соединений на их основе термическим и плазмохимическим восстановлением металлосодержащих соединений;

– получение коррозионностойких, износостойких и жаростойких покрытий для машиностроения, химической промышленности, ракетостроения, электронной техники, медицины;

– изготовления изделий в виде тиглей, трубопроводов, сосудов высокого давления, нагревателей, оснастки для высокотемпературных вакуумных печей.

Основные достижения:

Исследована кинетика перераспределения фаз в системе MoSi2–W при 1500 – 1800°С. Определены кинетические параметры роста низших силицидов (Mo,W)5Si3 и уменьшение слоя высшего силицида MoSi2 в зависимости от температуры окисления. Установлено, что стабильность системы MoSi2–W превышает стабильность систем MoSi2–Mo и WSi2–W;

Зависимость скорости распада

Зависимость скорости распада MoSi2 от времени нагрева

Зависимость скорости роста

Зависимость скорости роста фазы (Mo,W)5Si3 от времени нагрева

Проведено исследование влияния легирующих добавок рения на прочностные характеристики вольфрам-рениевых сплавов. Показано, что добавки рения, введённые в вольфрам при совместном осаждении из газовой фазы их фторидов, приводят к повышению прочности при изгибе от ∼ 340 МПа для вольфрама до ∼ 800 МПа для вольфрам-рениевых сплавов с содержанием рения ∼ 11 вес.%. Температура хрупкопластичного перехода Тх при этом снижается от 600 до ∼ 200°С.

Прочность и Tx конденсатов, полученных при разных условиях осаждения на подложках разной формы и при различных температурах (Tос)
Состав конденсатаИзмеряемая величинаTос = 450°CTос = 550°CTос = 650°C
Цилиндрическая подложкаПлоская подложкаЦилиндрическая подложкаПлоская подложкаЦилиндрическая подложкаПлоская подложка
Wσизг, МПа340415365330415380
W + 3% Re280805785750770815
W + 11% Re775920850825885740
WTx, °C580685630570550640
W + 3% Re225240245235210255
W + 11% Re180200220175205215

Получены барьерные плотносцепленные покрытия на основе тугоплавких металлов, нанесённые по разработанным технологиям на Zr или V оболочки ТВЭЛов, которые могут обеспечить их защиту от воздействия ядерного топлива на основе карбидов урана или металлического урана и повысить их надёжность.

Результаты испытаний сцепления комбинированных покрытий, нанесённых на Zr и V подложки
МатериалТолщина подслоя, мкмСредний предел
прочности сцепления, МПа
подложкипокрытия
Zr*Mo-W0,2
V*Mo-W0,3
Zr**Mo-W5
V**Mo-W6
ZrMo-W210
VMo-W212
ZrMo-W620
VMo-W622
ZrMo-W1082
VMo-W-Cr1086
ZrMo-W1090
VMo-W-Cr1086

Путём испытаний на диаметральное сжатие между двумя параллельными плоскостями исследованы прочностные характеристики частиц диоксида урана с покрытиями из сплава хрома, ванадия, Al2O3–Cr и Al2O3–V в температурном интервале 20 – 900°С. Показано, что прочность частиц зависит от толщины и материала покрытия, прочности топливного сердечника (керна), скорости нагружения и температуры испытания. Прочность частиц возрастает с увеличением толщины покрытия и повышением температуры проведения испытания, достигая максимального значения при 700 – 900°С. Характер разрушения покрытий изменяется от межкристаллического (20 – 150°С) до пластического (650 – 900°С). Предложена методика статистической обработки результатов испытаний и вероятностной оценки прочности частиц. Показано, что устойчивость частиц с покрытиями хорошо описывается вероятностной зависимостью Вейбулла, позволяющей прогнозировать разрушение частиц при любой нагрузке. Проведено вероятностное оценивание зависимости прочности частиц от нагрузки при разных температурных значениях;

Зависимость прочности частиц на сжатие

Зависимость прочности на сжатие от толщины покрытия для частиц с покрытием

Влияние температуры на прочность частиц

Влияние температуры на прочность частиц

Исходные частицы

Исходные частицы (увеличено в 13 раз)

Деформированные частицы

Деформированные частицы (увеличено в 5 раз)

Проведены исследования по получению кавитационностойкого покрытия на основе карбида бора водородным восстановлением трёххлористого бора BCl3 и толуола C7H8. Экспериментальные результаты по определению величины эрозионного разрушения показали, что образец с покрытием на основе карбида бора подвергается в 2,5 раза меньше кавитационному износу, чем аустенитная сталь.

Величина эрозионного разрушения

Величина эрозионного разрушения

Сублимационный источник

Сублимационный источник

Впервые газофазным методом получен источник атомов Si–Ge–B и Si–Ge–P на подложках Mo и W для сублимационного осаждения гетероэпитаксиальных структур Si1–x–Gex(0,01 ≤ x ≤ 0,05), легированных B и P. Источник позволяет расширить номенклатуру наносимых веществ, диапазоны рабочих температур испарения и давлений паров Si–Ge–B и Si–Ge–P, что значительно улучшает эксплуатационные свойства и технологичность осаждения.

Показано, что полученная многослойная гетероэпитаксиальная структура на монокристаллических подложках Si и Si0,97–Ge0,03:B(∼ 1018 см−3) с буферным слоем Si0,95–Ge0,05:B(∼ 1018 см−3) и верхними эпитаксиальными слоями Si0,95–Ge0,05:B(1017 – 1018 см−3) и Si0,99–Ge0,01:B(∼ 1018 см−3) характеризуются фото-ЭДС и фоточувствительностью в ближней ИК-области излучения на длине волн ∼ 0,8 – 1 мкм, что важно в дальнейшем развитии оптоэлектронных приборов.

Исследована структура и состав получаемых из ХОЖ «Бархос» карбидохромовых покрытий, а также их коррозионная и эрозионная устойчивость в зависимости от параметров процесса осаждения. Впервые выявлено образование двухуровневой слоистой структуры карбидохромового покрытия и эффект снижения шероховатости поверхности изделий после осаждения покрытия с Ra = 0,7 – 1,2 мкм до Ra = 0,4 – 0,6 мкм. Установлено, что повышенная стойкость покрытий обусловлена наноразмерами структурных элементов покрытия и их слоистой структурой, а максимальные значения адгезии, коррозионной и эрозионной стойкости достигаются при температурах осаждения 500 – 550°С.

Кавитационный износ

Кавитационный износ

Износостойкость

Износостойкость

Сравнительные электрохимические характеристики

Сравнительные электрохимические характеристики

Стойкость к пластической деформации

Стойкость к пластической деформации

Структура отдела

– Лаборатория плазмохимических процессов.
– Группа газофазного и плазмохимического осаждения материалов.

В настоящий момент основной деятельностью лаборатории является: газофазное и плазмохимическое восстановление моносилана и тетрахлорида кремния; олучение легированных плёнок кремния; изучение свойств конденсатов; получение кавитационностойких покрытий на изгибах коммутационных трубопроводов парогенераторов; разработка процесса осаждения текстурированных вольфрамовых покрытий для катодов приборостроения.

Публикации

1.П.И. Глушко, А.Ю. Журавлев, Н.А. Семенов, Н.А. Хованский, Б.М. Широков, А.В. Шиян, В.В. Щербакова. Исследование кинетики образования фаз в системе MoSi2-W в условиях нагрева при температурах 1500 – 1800°С. Физическая инженерия поверхности. 2014, т. 12, №2, с. 219 – 222.
2.А.Д. Осипов. О зависимостях характеристик распределения примесей у некоторых систем, содержащих элементы IV-VI групп. Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». 2014, №28, с. 98 – 102.
3.А.Д. Осипов. О зависимостях температур изменения напряжений течения у некоторых элементов IV группы и других характеристик. Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». 2014, №53, с. 179 – 184.
4.А.Д. Осипов. О зависимостях энтальпий образования у некоторых материалов, содержащих элементы IV–VII группы и других характеристик. Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». 2014, №27, с. 148 – 152.
5.С.А. Крохмаль, Т.Н. Зуева. Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия. Физическая инженерия поверхности. 2014, т. 12, №2, с. 269 – 278.
6.А.Ю. Журавлев, А.В. Шиян, Н.А. Семенов, В.В. Левенец, Б.М. Широков, Г.В. Бокучава, Г.Ш. Дарсавелидзе. Сублимация Si-Ge из силицидогерманидов тугоплавких металлов. Georgia Chemical Journal. №14(1), с. 70 – 72.
7.А.Д. Осипов. О зависимостях характеристик поверхностной энергии у некоторых материалов, содержащих элементы IV-VI групп. Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». 2014, №53, с. 173 – 178.
8.А.Н. Дериземля, П.Г. Крышталь, В.И. Радченко, Д.А. Хижняк, Б.М. Широков, А.И. Евсюков. Расчёт генератора для возбуждения индукционного разряда. Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт».
9.А.Д. Осипов. Применение эффективных потенциалов для определения температур изменения напряжений течения, плавления у некоторых элементов III-VI группы и других характеристик. УФЖ.
10.П.И. Глушко, А.Ю. Журавлев, Н.А. Хованский, Б.М. Широков, А.В. Шиян. Осаждение W и WRe сплавов газофазным и плазмохимическим методами. Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия «Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники». 2016, №1(101), с. 108 – 111.
11.С.А. Крохмаль, Б.М. Широков, Т.Н. Зуева, Н.А. Семенов. Структурные особенности карбидохромовых покрытий, получаемых методом MOCVD из ХОЖ «Бархос». Сборник научных статей по результатам, полученным в 2013 – 2015 по программе «Ресурс».
12.С.А. Крохмаль, Б.М. Широков, Т.Н. Зуева. Физико-химические свойства карбидохромовых покрытий, полученных методами MOCVD из ХОЖ «Бархос». Сборник научных статей по результатам, полученным в 2013 – 2015 по программе «Ресурс».
13.П.И. Глушко, А.Ю. Журавлев, Н.А. Хованский, Б.М. Широков, А.В. Шиян, Н.А. Семенов. Влияние силицидных покрытий на прочностные и пластические свойства сплава 5ВМЦ. Журнал физики и инженерии поверхности. 2016, т. 1, №2, с. 166 – 169.
14.С.А. Крохмаль, Т.Н. Зуева, А.А. Сущая. Применение технического продукта «Бархос» в CVD–методе получения карбидохромовых покрытий. Журнал физики и инженерии поверхности. 2016, т. 1, №2, с. 175 – 185.
15.С.А. Крохмаль, Т.Н. Зуева, А.А. Сущая. Структура и свойства многослойных карбидохромовых покрытий, получаемых методом MOCVD из технического продукта «Бархос». Журнал физики и инженерии поверхности. 2016, т. 1, №2, с. 194 – 206.
16.А.Ю. Журавлёв, Н.А. Хованский, Д.А. Хижняк, Б.М. Широков, Н.А. Семёнов, А.В. Шиян, С.В. Стригуновский, А.И. Евсюков, А.Б. Шевцов, Е.А. Назаренко, Н.Н. Пилипенко. Получение карбида кремния химическим газофазным, плазмохимическим и сублимационным методами. Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия «Физика плазмы». 2017, №1(107), с. 191 – 194.
17.А.Ю. Журавлёв, А.В. Шиян, Н.А. Семёнов, Б.М. Широков. Разработка процесса газофазного и плазмохимического осаждения покрытия на основе карбида бора. Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». 2017, №2(108), с. 156 – 159.
18.О.Ю. Журавльов, О.В. Шиян, М.О. Семенов, Б.М. Широков, С.В. Стригуновський. Осадження карбіду бору газофазним методом. Проблеми корозійно-механічного руйнування, інженерія поверхні, діагностичні системи: матеріали конференції КМН-2017. Львів, 2017, с. 119 – 122.
19.K.S. Bakai, S.A. Bakai, K.V. Kovtun, V. Gorbatenko. The Effect of Ultrasonic Vibrations on the Mechanical Properties of Nanocrystalline Titanium. Problems of Atomic Science and Technology. Series «Vacuum, Pure Materials, Superconductors». 2018, №1(113), p. 154 – 161.
20.А.Y. Ghuravlyov, B.M. Shirokov, А.V. Shijan. Gas-phase Deposition of Cavitation-resistant Coatings Based on Boron Carbide. Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2018, v. 9, No. 4, p. 368 – 372.
21.A.N. Deryzemlia, A.I. Yevsiukov, V.I. Radchenko, D.A. Khizhnyak, P.G. Kryshtal, A.Yu. Zhuravlov, A.V. Shijan, S. Strigunovskiy, Yu.A. Pelypets, B.M. Shirokov. Hydrogen Reduction of Silicon Tetrachloride in Low Temperature Non-equilibrium Plasma of a Induction RF discharge. Problems of Atomic Science and Technology. Series «Plasma Physics». 2019, No. 1(119), p. 222 – 224.

Коллектив

ШИРОКОВ БОРИС МИХАЙЛОВИЧ

ШИРОКОВ БОРИС МИХАЙЛОВИЧ

Начальник отдела

Доктор технических наук по специальности 01.04.07 - «Физика твёрдого тела»

Старший научный сотрудник

тел. +38(057) 335-68-16

e-mail: shirokov@kipt.kharkov.ua

Область научных интересов:

исследование процессов получения многокомпонентных покрытий газофазным, плазмохимическим и сублимационным методами.

ЖУРАВЛЁВ АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ

ЖУРАВЛЁВ АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ

Начальник лаборатории

Кандидат технических наук по специальности 05.02.01 - «Материаловедение»

Стипендиат НАНУ

тел. +38(057) 335-65-68

e-mail: girik081179@gmail.com

Область научных интересов:

изучение процессов газофазного и плазмохимического осаждения материалов на основе Si, SiC, B4C, W, Mo, MoSi2, WSi2 и др.

КРОХМАЛЬ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

КРОХМАЛЬ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Научный сотрудник

тел. +38(057) 335-52-24

e-mail: krokhmal@kipt.kharkov.ua

Область научных интересов:

химическое осаждение из газовой фазы карбидохромовых покрытий с высокой скоростью при низких температурах; защита от коррозионного и эрозионного износа поверхности изделий сложного профиля, длинномерных каналов малого сечения, капилляров и глухих полостей.