Американские ученые обнаружили, что облучение керамического карбида кремния ионами приводит к увеличению концентрации атомов углерода вблизи границ зерен вещества. Ранее считалось, что такой процесс сегрегации атомов под воздействием радиации более характерен для металлов и сплавов, а не керамических материалов.

Границы зерен в поликристаллах выполняют роль скрепляющего «цемента», поэтому изменение их химического состава может существенно влиять на свойства материала. Теперь ученые смогут точнее предсказывать результат воздействия радиации на свойства керамики и создавать устойчивые к агрессивным условиям керамические материалы.

Статья опубликована в журнале Nature Materials.

Процесс радиационно-индуцированной сегрегации заключается в перераспределении атомов вещества под воздействием ионизирующего облучения. Бомбардирующие вещество частицы (например, ионы или нейтроны) выбивают атомы со своих мест, образуя пары точечных дефектов кристаллической решетки. Выбитый из узла кристаллической решетки атом превращается в междоузельный, а опустевший узел, в котором он находился — в вакансию.

Эти дефекты могут рекомбинировать или мигрировать по кристаллу к стокам, роль которых выполняют, например, границы зерен в поликристаллах. Наличие таких границ в материале существенно сказывается на его физических свойствах, механической прочности, коррозионной и радиационной устойчивости.

Благодаря процессу сегрегации под действием радиации вблизи межзеренных границ может образовываться избыток или недостаток конкретного элемента вещества, что приводит к локальному изменению свойств материала в этих областях. Такой эффект известен с 1970 годов и достаточно хорошо исследован во многих сплавах металлов, но в керамических материалах его практически не рассматривают.

Чтобы восполнить этот пробел, Изабела Шлюфарская (Izabela Szlufarska) из Университета Висконсин-Мадисон с коллегами облучили образцы керамического карбида кремния SiC ионами углерода и кремния.