Окисление поверхности поликристаллического бора

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Методом одноволновой эллипсометрии in-situ исследован рост оксидной пленки на поверхности поликристаллического β-ромбоэдрического бора в процессе термического окисления на воздухе при температурах 400, 500, 600 и 700°C. Показано, что при температурах выше температуры плавления оксида B2O3 процесс окисления значительно активизируется. После достижения максимума толщины оксидной пленки при 500°C, 600°C и 700°C наблюдается снижение ее толщины. Этот факт, по нашему мнению, связан с установлением на поверхности динамического равновесия между процессами роста пленки за счет диффузии ионов бора и кислорода и процессом испарения жидкого оксида. Зафиксировано постепенное снижение показателя преломления подложки (чистого бора) в процессе отжига с 3.1 до 2.95, что связано с изменением ее пористости. Методом КРС установлено, что после отжига при 700°C на поверхности, кроме оксида B2O3 присутствуют следы субоксида B6O, наблюдавшегося ранее при окислении бора при более высоких температурах.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Л. А. Акашев

Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: n168@mail.ru
Russian Federation, 620990, Екатеринбург

Н. А. Попов

Институт химии твердого тела УрО РАН

Author for correspondence.
Email: akashev-ihim@mail.ru
Russian Federation, 620990, Екатеринбург

Ю. В. Корх

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН

Email: n168@mail.ru
Russian Federation, 620108, Екатеринбург

Т. В. Кузнецова

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН; УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Email: akashev-ihim@mail.ru
Russian Federation, 620108, Екатеринбург; 620002, Екатеринбург

В. Г. Шевченко

Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: n168@mail.ru
Russian Federation, 620990, Екатеринбург

Л. Ю. Булдакова

Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: akashev-ihim@mail.ru
Russian Federation, 620990, Екатеринбург

References

  1. King M.K. // Combustion Science and Technology. 1973. V. 8. is. 5–6. P. 255. doi: 10.1080/00102207308946648
  2. Mohan G., Williams F.A. // AIAA Journal. 1972. V. 10. № 6. P. 776–783. https://doi.org/10.2514/3.50210
  3. Liang D., Liu J., Zhou Y., Zhou J.// Combustion and Flame. 2017. V.185. P. 292. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2017.07.030
  4. Han L., Wang R., Chen W. et.al. // Catalysts. 2023. V.13. P. 378. https://doi.org/10.3390/catal13020378
  5. Ао В., Чжоу Цз.-Х., Ян В.-Цз. и др. // Физика горения и взрыва. 2014. Т. 50. № 6. С. 47. 10.1134/S0010508214060070
  6. Chen B., Xia Z., Huang L., Hu J. // Processing Technology. 2017. V. 165. P. 34. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.05.008.
  7. Sun Y., Chintersingh K.-L., Schoenitz M., Dreizin E.L. // J. Phys. Chem. C. 2019. V.123. P. 11807. 10.1021/acs.jpcc.9b03363
  8. Natan B., Gany A. // J. PROPULSION. 1991. V.7. № 1. P. 37. https://doi.org/10.2514/3.23291
  9. Yang W., Ao W., Zhou J. et.al. // J. of propulsion and power. 2013. V. 29. № 5. P. 1207. 10.2514/1.B34785
  10. Hussmann B., Pfitzner M. // Combustion and Flame. 2010. V.157. P. 803. 10.1016/j.combustflame.2009.12.010
  11. Rizzo H.F. Oxidation of boron at temperatures between 400 and 1300°C in air. In: Kohn, J.A., Nye, W.F., Gaulé, G.K. (eds) Boron Synthesis, Structure, and Properties. Springer, Boston, MA, 1960. 189 P. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-6572-1_21
  12. Chintersingh K.-L., Sun Y., Schoenitz M., Dreizin E.L. // Thermochimica Acta. 2019. V.682. P. 178415 https://doi.org/10.1016/j.tca.2019.178415
  13. Moddeman W.E., Burke A.R., Bowling W.C., Foose D.S. // Surface and interface analysis. 1989. V. 14. P. 224. doi: 10.1002/SIA.740140503
  14. Пивкина А.Н., Муравьёв Н.В., Моногаров К.А. и др. // Физика горения и взрыва. 2018. № 4. C.73. doi: 10.15372/FGV20180409
  15. Morita N., Yamamoto A. // Japanese J.of Applied Physics. 1975. V. 14. № 6. P. 825. doi: 10.1143/JJAP.14.825
  16. Wang Y., Trenary M. // Chem. Mater. 1993. V.5. P. 199. doi: 10.1021/CM00026A008
  17. Werheit H., Filipov V., Kuhlmann U. et.al. // Adv. Mater. 2010. V.11. P. 023001. https://doi.org/10.1088/1468-6996/11/2/023001
  18. Parakhonskiy G., Dubrovinskaia N., Bykova E., et.al. // Sci. Rep. 2011. V.1. P. 96. 10.1038/srep00096
  19. Richter W., Hausen A., Binnenbruck H. // Phys. stat. sol. (b). 1973. V.60, P. 461. https://doi.org/10.1002/pssb.2220600149
  20. Herrmann M., Kleebe H.-J., Raethel J. et.al. // J. Am. Ceram. Soc. 2009. V.92.Р.2368. doi: 10.1111/j.1551-2916.2009.03197.x
  21. Solozhenko V.L., Kurakevych O.O., Bouvier P. // J. of Raman Spectroscopy. 2009. V.40. № 8. P. 1078. doi: 10.1002/jrs.2243
  22. Rizzo H.F., Simmons W.C., Bielstein H.O. // Materials Science. 1962. V. 109. № 11. P. 1079. doi: 10.1149/1.2425241
  23. Sasidharanpillai S., Arcis H., Trevani L., Tremaine P.R. // J. Phys. Chem. B. 2019. V.123. P. 5147. doi: 10.1021/acs.jpcb.9b03062
  24. Schmidt C., Thomas R., Heinrich W. // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2005. V. 69. № 2. P. 275. doi: 10.1016/j.gca.2004.06.018
  25. Larsson E., Donzel-Gargand O., Heinrichs J., Jacobson S. // Tribology International. 2022. V. 171. P. 107541. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.107541
  26. Kuhlmann U., Werheit H. // J.of Alloys and Compounds. 1994. V.205. P. 87. doi: 10.1016/0925-8388(94)90771-4
  27. Werheit H., Rotter H.W., Meyer F.D. et.al. //J. of Solid State Chemistry. 2004. V.177. P. 569. doi: 10.1016/j.jssc.2003.04.004
  28. Werheit H., Kuhlmann U., Laux M., Lundstrom T. // Phys. stat. sol. (b). 1993. V.179. P. 489. https://doi.org/10.1002/pssb.2221790223

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the heating cell for ellipsometric measurements; 1 – heating furnace with lid, 2 – table with sample, 3 – terminals for connecting the nichrome heater to the power source, 4 – thermocouple, 5,6 – polarizer and analyzer unit of the LEF-3M ellipsometer (wavelength λ=0.6328 μm, beam incidence angle – 70°).

Download (261KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the oxide film thickness on the oxidation time at 400°C (dots) and the heating curve (solid line).

Download (68KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the oxide film thickness on the oxidation time at 500°C (dots) and the heating curve (solid line).

Download (112KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the oxide film thickness on the oxidation time at 600°C (dots) and the heating curve (solid line).

Download (119KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the oxide film thickness on the oxidation time at 700°C (dots) and the heating curve (solid line).

Download (74KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. SEM micrographs of the polished surface of polycrystalline boron.

Download (516KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. SEM micrographs of the surface of polycrystalline boron after oxidation at 700°C.

Download (442KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Optical micrograph of the surface of samples: a) polished boron, b) boron oxidized at 700°C.

Download (512KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Raman spectra detected on the surface of boron samples.

Download (181KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences