Введение к работе
Актуальность работы. Современная техника нуждается в материалах с широким диапазоном свойств, таких как твердость, прочность, жаростойкость, износоустойчивость, являющихся характеристиками первостепенной важности.
Потребность техники в материалах с выше указанными свойствами приводит к необходимости изучения различных характеристик твердого и жидкого состояний. В этом плане значительное внимание уделяется вопросам физики межфазных явлений в твердых телах и на границе твердого тела с жидкостью. К этим вопросам относится и эффект контактного плавления (КП), сущность которого заключается в возникновении и росте жидкой фазы в контакте- двух разнородных веществ при температурах значительно ниже температур плавления приводимых в контакт материалов.
Существующие представления о КП не отражают многие особенности этого процесса. Значительная часть опубликованных работ по изучению КП посвящена исследованию этого явления в двойных простых системах. Однако практические задачи развивающихся новых отраслей техники и совершенствование технологий пайки и сварки заставляют все чаще обращаться к исследованию более сложных систем.
В настоящее время существуют различные точки зрения на природу и механизмы КП в системах с химическим взаимодействием компонентов. КП в системах, образующих интерметаллиды, может протекать при температурах ниже температуры наинизшей эвтектики (АТ-эффект КП). Суждения о природе и механизме этого явления противоречивы. В одних случаях АТ-эффект связывают с экзотермично-стью реакции образования интерметаллидов в контактной зоне, а в других - с протеканием процессов КП в соответствии с метастабильной диаграммой состояния системы. Появились работы, связывающие этот эффект с примесями, содержащимися в образцах. Поэтому представляет интерес дальнейшее проведение систематических исследований КП в бинарных системах, образующих химические соединения.
Недостаточно исследованы кинетика самого процесса КП в сложных системах и кинетика роста промежуточных фаз. Изучение этих вопросов помогло бы решению многих технологических задач в металлургии и в полупроводниковой промышленности, определению
РОС НАЦИОНАЛЬНА! БИБЛИОТЕКА
srams6
практических условий получения контактных прослоек с наперед заданными свойствами.
Исследования влияния внешнего электрического поля на жидкую зону в процессе КП позволяют с достаточной надежностью и точностью находить такие характеристики расплавов, как подвижности ионов отдельных компонентов, их эффективные заряды и т.д. С другой стороны, такие исследования дают возможность выработать определенные рекомендации по способам воздействия на кинетику формирования жидкой зоны в контакте двух металлов, на регулирование фазового состава. Эти исследования значительно расширили бы область практического применения КП. Однако многие вопросы, связанные с влиянием электрического поля на процессы фазообразования до и после начала КП в системах с химическим взаимодействием компонентов и на AT- эффект КП, совершенно не рассмотрены.
Цель работы
Проведение критического анализа существующих теоретических и экспериментальных работ по исследуемым вопросам.
Исследование межфазных явлений и кинетики процесса КП в системах Bi-Te и In-Pb.
Исследование влияния примесей и постоянного электрического тока на межфазные явления и кинетические параметры КП в системах Bi-Te и In-Pb.
Научная новизна
Установлено, что в контакте образцов Bi и Те при любых скоростях нагрева имеет место реактивная диффузия, в результате которой образуется интерметаллид Bi2Te3, минуя другие интерметаллиды. Поэтому так называемый медленный нагрев контакта (3-Ю град, в минуту) для системы Bi-Te является достаточно быстрым, процессы в ней протекают неравновесным образом, а диаграмма состояния Bi-Te, представляемая по справочным данным как равновесная, на самом деле является метастабильной.
Показано, что КП в системе Bi-Te при отсутствии тока происходит благодаря образованию метастабильной эвтектики ВіДеЗ + Bi, а при пропускании ПЭТ - благодаря образованию метастабильной эвтектики Bi+Te.
Получены и сопоставлены с имеющимися в литературе экспериментальные данные по росту слоев интерметаллидов (Ві2Те3, Ві2Те,) для системы Bi-Te.
Получена полуэмпирическая формула роста интерметаллидов и исследована кинетика КП массивных цилиндрических образцов в токовом режиме в системе Ві-Те.
Установлено упорядочение в слое Ві2Те3 в процессе его роста в токовом режиме. Упорядочение достигается за счет встречных диффузионных потоков и электропереноса ионов висмута и теллура через первоначальный слой этого интерметаллида.
Показано, что, изменяя величину и направление постоянного электрического тока, пропускаемого через контакт образцов Ві и Те, можно управлять процессами фазообразования и кинетикой КП в данной системе.
Управление процессами, протекающими в контакте образцов Ві и Те, с помощью постоянного электрического тока (ПЭТ) становится возможным благодаря переходу ионов Те"2 под влиянием электрического тока порядка 1А и более в состояния Т+4 или Те+6.
Впервые нами обнаружен эффект КП и определена температура его проявления в системе In-Pb, которая до наших исследований считалась перитектической. Уточнения диаграммы состояния, проведенные нами в области от 0 до 4 ат.-% РЬ, показали, что на этом участке концентраций диаграмма имеет тип «двойной сигары» с минимумом на кривой ликвидуса. Проведено также экспериментальное исследование скорости КП в стационарном и нестационарном режимах, установлено влияние на нее ПЭТ.
Показано, что на температуру и скорость КП влияет легирование контактирующих компонентов. При этом, подбирая легирующие добавки, можно стимулировать процесс КП или, наоборот, замедлять его, тем самым прогнозировать условия, в которых эти легирующие компоненты были бы наиболее эффективными.
Практическаяиенностьработы
Установлено влияние ПЭТ и примесей на механизм, кинетику процесса КП и рост промежуточных фаз в системах Ві-Те и In-Pb, что дает полезную информацию о явлениях на граничных поверхностях кристалл-жидкость, жидкость-интерметаллид и интерметаллид-кристалл.
Основныеположения.выносимыеназащиту
1. Экспериментальные результаты исследований физико-химических процессов при КП в системах Ві-Те и In-Pb при различных режимах нагрева и в широком интервале температур, а также исследо-
ваний кинетических параметров КП в системах Bi-Te и In-Pb при токовом и бестоковом режимах.
Методика управления фазообразованием и процессами КП с помощью ПЭТ.
Результаты влияния легирования компонентов систем Bi-Te и In-Pb элементами In, Cd, Zn, Те, Pb, Bi, Si до 1 вес-% на температуру, кинетику КП и кристаллизацию контактной жидкости.
Диаграммы состояния системы Bi-Te и In-Pb, уточненные методом КП.
Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы докладывалось на:
-14-м чтении по физике Северо-Кавказского научного центра высшей школы (г. Нальчик, 1986);
- XI Всесоюзной конференции "Поверхностные явления в спла
вах и технология новых материалов" (г. Киев, 1991);
- конференциях при ДГПУ (ДГПИ) (г. Махачкала, 1986-2001);
-семинарах по физике КП при КБГУ (г. Нальчик, 1986-1996);
-региональных семинарах по физике межфазных явлений (г.
Нальчик, 1989-1992);
-межвузовской конференции (г. Махачкала, ДТУ, 1996;)
-межвузовской научно-практической конференции "ЭВТ в учебном процессе и моделировании" (г. Бирск, 1996);
-Всероссийской научно-практической конференции "Внедрение информационных технологий в преподавание общетехнических и гуманитарных дисциплин" (г. Махачкала, 1998);
-международной конференции "Фазовые переходы и критические явления в конденсированных средах" (г. Махачкала, 1998);
-международной конференции «Достижения и современные проблемы развития науки в Дагестане» (г. Махачкала, 1999).
Публикации: по теме диссертации опубликованы 8 статей, 10 тезисов.
Объемы структурадиссерт аиии
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка литературы из 234 наименований. Общий объем диссертационной работы составляет 153 страницы машинописного текста, в том числе 12 таблиц и 33 рисунка.
