V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

В настоящее время в России и за рубежом активно ведутся работы по получению карбидокремниевых покрытий, обладающих высокой химической инертностью, радиационной стойкостью, однородностью, износостойкостью, механической прочностью и хорошей адгезией к ряду материалов при высоких температурах. Карбидокремниевые покрытия и пленки применяются для решения технических задач: изготовление тиглей и других деталей оснастки для плавки металлов (серебра, золота, меди, алюминия и т.д.); получение элементов конструкций авиационной и ракетной техники; изготовление конструкционных компонентов атомных реакторов; производство нагревательных элементов на основе карбида кремния или графита для работы в окислительной атмосфере до 1600°С; при изготовлении химической аппаратуры; при изготовлении электронных приборов; при изготовлении электропроводящего керамического материала для защиты от электромагнитного излучения (в качестве электропроводящей добавки используется карбид кремния в количестве до 30 мас.%). При переходе к технологиям получения SiC с размером кристаллов 13-^21 нм оказалось возможным нанесение карбидокремниевого покрытия на составляющие углеродных волокон и получение карбидокремниевого волокна, предназначенного для армирования КМ с металлической, полимерной, керамической и углеродной матрицами для работы в агрессивных химических средах при температурах до 1250°С и имеющих высокий коэффициент трещиностойкости . В настоящее время разработаны различные технологии получения карбидокремниевых покрытий, например. Для придания композиционному материалу фрикционных, эрозионно-стойких и термостойких характеристик на углеродное волокно в виде жгутов, ткани, трикотажа наносят из газовой фазы защитное (барьерное) покрытие из карбида кремния 2,0-12,0% от конечного веса углеродного волокна по массе. Работоспособность SiC покрытия определяется толщиной и его адгезией к поверхности углеродного волокна. Также разработана технология изготовления карбидокремниевых покрытий и плёнок с высокими техническими параметрами, позволяющая получать покрытия различной толщины (от долей микрона до сантиметровых масштабов) на изделиях различных геометрических форм: цилиндр, многогранник, пластина, стержень и др.

Из вышеприведенного следует, что одна из главных характеристик, обеспечивающих защитные свойства карбидокремниевого покрытия, наносимого на материалы УУКМ, УККМ - его толщина.

По отношению к покрытиям различают четыре вида толщины: локальная, средняя, минимальная, максимальная. Так как защитные свойства SiC покрытия определяются толщиной, то измерению подлежит локальная толщина с выбором минимального значения на заданной площади. Степень локальности определяется геометрией покрытия и разрешающей по площади способностью измерительного средства.

По физическим свойствам карбидокремниевое покрытие не обладает каким - либо электрическими или магнитными свойствами, позволяющими использовать магнитные, вихретоковые, электрические методы контроля.

Разность акустических свойств покрытия и основы и геометрическая форма границ покрытия не позволяют также использовать стандартные методы ультразвуковой толщинометрии. Единичные измерения образцов покрытия в локальных точках возможны с помощью сканирующего акустического микроскопа. Однако соответсвующая аппаратура не может быть использована в качестве технологического средства контроля.

Наиболее объективным физическим признаком, отличающим карбидокремниевое покрытие от подложки (УККМ) является плотность.

Для измерения толщины покрытия с плотностью р₂, отличающейся от плотности основы p₁ может быть использован только радиационный метод. В условиях одностороннего доступа к изделию можно использовать только обратно рассеянное излучение.

Ввиду всех особенностей покрытия был разработан гамма-толщиномер,

позволяющий измерять толщину покрытия при одностороннем доступе к объекту контроля.

Конструкция измерительного преобразователя включает в себя источник гамма-излучения на основе радионуклида Америций 241, сцинтилляционный детектор NaJ(Tl) и фотоэлектронный ускоритель.

Радионуклид Америций 241 был выбран в качестве основы для источника гамма излучения в связи с тем, что энергия излучения радионуклида равна 60 кэВ. Такая энергия излучения позволяет контролировать покрытия толщиной от 10 до 300 мкм.

Сцинтиллятор NaJ(Tl) обладает световым выходом и линейной связью между амплитудой импульса и величиной энергии, потерянной заряженной частицей.

Основные параметры ФЭУ, по которым проводился отбор для использования в измерительном блоке толщиномера:

• Габариты

• Световая анодная чувствительность (отношение анодного фототока к вызывающему его световому потоку при номинальных потенциалах электродов), составляет 1-10⁴ А/лм

• Спектральная чувствительность (равная спектральной чувствительности фотокатода, умноженной на коэффициент усиления умножительной системы, лежащий обычно в пределах 10³-10⁸⁾

• Темновой ток, как правило, не превышает 10^-9-10^-10 А

По этим параметрам для толщиномера был выбран фотоумножитель ФЭУ-60.

Конструкция измерительного преобразователя должна обеспечивать радиационную защиту персонала

В самом приборе реализован спектрометрический метод измерения, основанный на анализе энергетического спектра регистрируемого потока обратно рассеянных квантов. Суммарный амплитудный спектр регистрируемых детектором квантов представлен на рисунке 9. Спектр содержит кванты первичного излучения с энергией 60кэВ. Ширина спектральной линии определяется энергетическим разрешением сцинтилляционного детектора. Для используемого в приборе сцинтиллятора NaJ(Te) энергетическая разрешающая способность по америцию (60 кэВ) составляет 15%, что соответствует ширине аппаратной линии спектра на полувысоте ±4,5кэВ (Рисунок 9). Форма аппаратурной линии описывается нормальным распределением. Спектр рассеянного от объекта контроля излучения является непрерывным. Энергии рассеянных квантов лежат в пределах от 0 до 52кэВ (рисунок 9, пунктирная линия). В области энергий

Код для цитирования: Скопировать