ВИЗНАЧЕННЯ ВОДНЮ У ГІДРОВАНИХ ДИБОРИДАХ ТИТАНУ ТА ЦИРКОНІЮ З ВИКОРИСТАННЯМ СПЕКТРОРАДІОМЕТРА “ASD FieldSpec 3 FR”

Анотація

За допомогою спектрорадіометра “ASD FieldSpec 3 FR” у діапазоні довжини хвиль від 350 до 2500 нм проведено спектрометрування гідрованих диборидів титану і цирконію в аморфному і кристалічному станах. На підставі отриманих результатів визначено зміни спектральних характеристик водню у TiB₂ і ZrB₂ у масивному та плівковому станах. Спектрометрування проводили контактним методом з використанням приладу “Unit Contact Probe”. Масивні зразки для досліджень і мішені для розпилення виготовляли методом порошкової металургії. За даними рентгеноструктурного аналізу, зразки мають кристалічну структуру. Тонкі плівки диборидів титану і цирконію отримано методом магнетронного розпилення мішеней TiB₂ і ZrB₂ в середовищі аргону. Структуру плівок досліджено на електронографі ЕМР-100 методом “на просвіт” при залишковому тиску ~7 · 10^–3 Па. Електронограми мають вигляд сильного “гало” в центрі, що свідчить про аморфну структуру плівок, до якої сприйнятливий і процес перенесення водню. Гідрування з газової фази зразків проведено при тиску водню 0,1 МПа і температурі 870 К. Подано критичний аналіз літературних методів кількісного визначення водню у високотемпературних боридах. Переваги методу спектрометрування полягають у тому, що він експресний, прецизійний, неруйнівний, поверхневочутливий, до того ж увесь спектр у реальному часі відображається на дисплеї. Порівняння інтенсивностей ліній водню Брекета B_β кристалічного і Бальмера H_β аморфного TiB₂ показує, що поглинання водню кристалічним зразком у 4,1 рази більше, ніж аморфним. У полікристалічному TiB₂ в області 500 і 750 нм спостерігаються лінії з напівшириною 200–300 нм, що пояснюється підбар’єрним тунелюванням атомів водню між сусідніми міжвузловинами, зокрема на багато періодів ґратки. Поглиненого водню в аморфній плівці в 1,4 разів більше, ніж на поверхні вихідної плівки. Відомо, що внаслідок особливостей магнетронного розпилення керамічної мішені відбуваються захоплення і введення у плівку домішок розміром кілька десятків нанометрів (ближній кристалічній порядок), до яких чутливий процес проникнення водню. Наявність атомів водню у таких місцях призводить до формування дзвоновидних спектральних кривих, які частково перекриваються одна з одною. За аналогією з металевими аморфними сплавами, походження кривих можна пояснити квазіміжвузловинами. У спектрі аморфного дибориду титану спостерігається дзвоноподібна крива атома водню Бальмера H_β, що підтверджує наявність ближнього кристалічного порядку. Виявлено кореляцію між поглинанням водню і енергією ґратки та енергією зв’язку пар атомів Ме–В. При гідруванні кристалічних диборидів титану і цирконію більше водню поглинається матеріалом TiB₂, якому притаманні менші енергія ґратки та енергіязв’язку атомів Ti–В. З огляду на експресність, інформативність методу спектрорадіометрування, на думку авторів, він може бути рекомендований для ідентифікації гідрованих керамічних матеріалів у аморфному та кристалічному станах.