Введение к работе
Актуальность темы. Межкристалитная внутренняя адсорбция (МВА) в металлических растворах влияет на многие физико-химические процессы и свойства: зернограничное смачивание жидкими металлами, зернограничную коррозию, радиационную стойкость, электрические свойства и, в частности, электрическую деградацию металлических пленок в изделиях, электронной техники, контактное плавление металлов. Вследствие МВА может меняться как температура, так и скорость контактного плавления (КП). Во многих работах по КП металлов с твердыми растворами (ТР) не были предварительно изучены поверхностные свойства ТР, и поэтому при анализе результатов недостаточно учитывался эффект МВА в особенности при оценках скорости КП. Вместе с тем, подобные данные необходимы для вьшвления взаимосвязей между параметрами КП и энергией примесных атомов с границами зёрен. Это важно для разработки способов управления процессами КП, которые лежат в основе контактно-реактивной пайки, металлизации керамик, спекании порошковых материалов, создании новых биметаллов и композитных материалов методами КП.
МВА в работе изучалась методом электропроводности, который позволяет исследовать поверхностные явления в ТР на основе свинца на внутренних границах без разрушения и деформации образцов. На этих же образцах изучались параметры КП.
Цель работы. Оценить методом электропроводности параметры МВА в ТР на основе свинца и выявить взаимосвязь между скоростью КП металлов в контакте с ТР Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bi с их зернограничными характеристиками (энергией взаимодействия примесного атома (ПА) с границами зерен (ГЗ), толщиной зон МВА).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Изучить влияние изохронных отжигов на удельное сопротивление и степень дисперсности твердых растворов на основе свинца.
-
В рамках представлений о МВА оценить по данным электропроводности и размерам зерен параметры рекристаллизации, энергию взаимодействия примесных атомов с границами зёрен и толщину зон МВА в ТР Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bi.
-
В рамках метода функционала электронной плотности оценить энергию границ зёрен металлов.
-
Измерить скорость КП в системах твердый раствор (Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bi) - легкоплавкий металл (Sn, Bi).
-
Выявить взаимосвязь между скоростью КП и параметрами МВА, а также разностью энергий границ зерен или поверхностных энергий компонентов ТР.
рос. i:U'jii;:!u:,!K3 j з
С.Пгг,г'ч;.г (
Научная новизна:
-
Впервые на одних и тех же образцах изучено удельное сопротивление р и средний размер зерен в зависимости от температуры трехчасовых изохронных отжигов в ТР Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bi.
-
По данным электропроводности и степени дисперсности образцов в рамках представлений о МВА впервые оценены энергия взаимодействия ПА с ГЗ и толщина зон МВА в ТР Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bi.
3.Изучено влияние времени отжига на электропроводность и оценены параметры рекристаллизащш в ТР Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bi.
-
В рамках метода функционала электронной плотности (МФЭП) оценены энергии ГЗ металлов.
-
Впервые выявлена взаимо( вязь ме;кду скоростью КП в системе твердый раствор (Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bf) - легкоплавкий металл и энергией взаимодействия примесных атомов с границами зёргн в ТР на основе свинца, а также разностью энергий границ зерен или поверхностных энергий компонентов ТР.
Практическая ценность. Установленная взаимосвязь между скоростью КП в системе твердый растзор — легкоплавкий металл и параметрами МВА может быть использована при разработке легкоплавких припоев и оптимизации технологий создания неразъемных соединений, металлизации керамик, спекании порошковых материалов, конструировании новых композиционных материалов на п/о НЗПП. Терском заводе алмазных инструментов.
Результаты исследований были использованы в учебном процессе при чтении спецкурсов, выполнении курсовых и дипломных работ на физическом факультете КБГУ.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты измерений удельного сопротивления D77 при Т=77К и средние размеры зерен D ТР Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bi. Установленные линейные зависимости удельного сопротивления от обратного значения размера зерен в исследованных ТР.
-
Энергии взаимодействия примесных атомов с границами зёрен и толщины зон МВА, оцененных но данным электропроводности и степени дисперсности ТР: Pb-Sn, Pb-ln, Ph-Bi.
-
Установленные зависимости примесного вклада в удельное сопротивление от времени отжига и найденные из этих зависимостей параметры рекристаллизации ТР: Pb-Sn, Pb-Ii, Pb-Bi.
-
Результаты вычислений в рамках МФЭП энергии границ зёрен металлов.
-
Результаты измерений скорости КП в системе твердый раствор (Pb-Sn, Pb-In, Pb-Bi)-легкоплавкий металл (Sn, Bi).
-
Выявленные зависимости скорости КП в изученных системах от энергии взаимодействия примесных атомов с границами зёрен в ТР на основе свинца и разностью энергий границ зерен или поверхностных энергий компонентов ТР.
Степень обоснованности научных положений выводов, сформулированных в диссертации, подтверждается согласованностью полученных результатов и следствий га них с известными теоретическими и экспериментальными данными.
Приборы, с помощью которых получены экспериментальные результаты, прошли поверку метрологической службы.
Результаты, полученные в диссертационной работе физически обоснованы и не противоречат современным представлениям.
Личное участие автора в получении научных результатов, изложенных в диссертации. Задача исследования межкристаллитной внутренней адсорбции в ТР на основе свинца и её влияния на скорость КП в системе твердый раствор — легкоплавкий металл поставлена научным руководителем В.А. Созаевым, который принимал активное участие в обсуждении выбора методов исследования и полученных результатов.
Измерительные установки и образцы ТР на основе свинца подготавливались совместно с к.ф,- м.н. Т.А. Орквасовым.
Экспериментальные исследования, а также теоретические оценки по работе выполнены лично автором.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались на 3 (Курашики, Япония) и 4 (Сан - Ремо, Италия) международных конференциях «High temperature capillarity», международном семинаре «Теплофизические свойства веществ» (Нальчик, 2001), 12 международном совещании «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2002), X Национальной конференции по росту кристалпов, НКРК - 2002 (Москва, 2002), 9-ом Международном симпозиуме «Чистые металлы и полупроводниковые материалы», ISTFE — 9 (Харьков, 2003), международном симпозиуме «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах», ОМА - 2003 (Сочи, 2003), на заседаниях кафедры экспериментальной физики, лабораторных семинарах по физике контактного плавления, Регионаїьном научном семинаре по физике межфазных явлений им. С.Н. Задумкина в КБГУ, г. Нальчик.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 16 работах, в том числе три работы в журналас РАН. Список публикаций приводится в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 129 страницах, содержш 46 рисунков, 17 таблиц. Она состоит го введения, четырех глав, выводов и списка литературы, включающгго 217 наименовании.
