Механизмы гетерогенной рекомбинации атомов азота и кислорода

Рассмотрена проблема гетерогенной рекомбинации атомов азота и кислорода. Проведен анализ процессов, влияющих на результаты измерений вероятности рекомбинации. В работе представлены данные авторов по гетерогенной рекомбинации атомов в диапазонах температур 300–3000 К и давлений 0.01–50 гПа. Вероятности гетерогенной рекомбинации атомов О и N на поверхности кварца измерены с помощью метода резонансно-флуоресцентной спектроскопии в строго контролируемых условиях при температурах 300–1000 К и давлениях 0.01–10 гПа в реакторах ИБХФ. Определены области давлений и температур, где рекомбинация происходит преимущественно по схеме Ленгмюра–Хиншельвуда или Райдила–Или. В экспериментах на установке ВАТ-104 ЦАГИ в диапазонах температур 1000–3000 К и давлений 5–50 гПа определены эффективные значения константы скорости совместной гетерогенной рекомбинации, K_w, атомов азота и кислорода с помощью измерений удельных тепловых потоков. Исследовались покрытия с поверхностным слоем, близким по составу к кварцу, и ряд высокотемпературных керамик на базе боридов гафния (циркония). При этом показано, что гетерогенная рекомбинация имеет место и при температурах 2500–3000 К. Рассмотрен новый механизм гетерогенной рекомбинации атомов азота и кислорода. Под воздействием высокоскоростного потока плазмы керамика окисляется и образуется слой поликристаллов оксида гафния (циркония). Наблюдающийся скачок температуры при ≈1000 К и теплового потока до 4–5 раз вызван каталитической активностью тетрагональной и кубической фаз поликристаллов HfO₂ (ZrO₂). Высокая каталитическая активность оксидного слоя, по-видимому, объясняется новым механизмом рекомбинации, связанным с встраиванием атомов азота и кислорода в кристаллическую решетку (образованием твердого раствора).