CC BY
29
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ Принадлежность к организации
Айгубова Ажа Чупановна, аспирант кафедры общей, экспериментальной физики и методики ее преподавания, факультет физики, математики и информатики (ФФМиИ), ДГПУ, Махачкала, Россия; e-mail: azha05@ mail.ru
Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой общей, экспериментальной физики и методики ее преподавания, ФФМиИ, ДГПУ Г. М. Магомедов
Принята в печать 04.04.2016 г.
INFORMATION ABOUT AUTHOR Affiliations
Azha Ch. Aygubova, postgraduate, the chair of General, Experimental Physics and its Teaching Methods, the faculty of Physics, Mathematics and Computer Science (FPMCS), DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: azha05@mail.ru
Supervisor: Doctor of Physics and Mathematics, professor, the head of the chair of General, Experimental Physics and its Teaching Methods, FPMCS, DSPU, G. M. Magomedov
Received 04.04.2016.
Химические науки / Chemical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 544. 2 / UDC 544. 2
Межфазные явления при контактном плавлении в химически активной системе Cu-Te
© 2016 Гусейнов А. Н., Нажмудинов А. М.
Дагестанский государственный педагогический университет, Махачкала, Россия; e-mail: abd.nazhmudinov2013@yandex.ru
РЕЗЮМЕ. Исследовано явление контактного плавления в сложной системе медь-теллур, при различных режимах нагрева контакта образцов в широком интервале температур. Показано, что при медленных скоростях нагрева (5, 10, 30 0 в минуту) в контакте меди и теллура, жидкая фаза наблюдается при эвтектической температуре, а при контактировании предварительно разогретых до определенной температуры образцов жидкая фаза наблюдается при температуре плавления наинизшей эвтектики.
Ключевые слова: контактное плавление, интерметаллид, медленный и импульсный нагрев, коррозия.
Формат цитирования: Гусейнов А. Н., Нажмудинов А. М. Межфазные явления при контактном плавлении в химически активной системе Cu-Te // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. Т. 10. № 3. 2016. С. 10-14.
Interfacial Phenomena at the Contact Melting
in Cu-Te Reactive System
@ 2016 Abdurakhman N. Guseynov, Abdurakhman М. Nazhmudinov
Dagestan State Pedagogical University, Makhachkala, Russia; e-mail: abd.nazhmudinov2013@yandex.ru
ABSTRACT. The authors of the article investigated the contact melting phenomenon in a copper-tellurium complex system at various modes of heating the contact of specimens in a wide range of temperatures. It is shown that at slow heating rates (5, 10, 300 per minute) at the contact of copper and tellurium, the liquid phase is observed at the eutectic temperature, and upon contacting preheated to a certain temperature samples of the liquid phase is observed at the melting temperature of the lowest eutectics.
Keywords: contact melting, intermetallic compound, slow and impulse heating, corrosion.
Естественные и точные науки •••
Natural and Exact Sciences •••
For citation: Guseynov A. N., Nazhmudinov A. M. Interfacial Phenomena at the Contact Melting in Cu-Te Reactive System. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. Vol. 10. No. 3. 2016. Pp. 10-14. (In Russian)
Нами исследовано контактное плавление (КП) и межфазные явления при контактном взаимодействии в системе Cu-Te [1]. Диаграмма состояния этой системы [2] характеризуется наличием трех интерметаллических соединений Cu2Te, Cu4Te3, CuTe, и областей концентрации, нерастворимых в жидком состоянии (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма состояния системы Cu-Te
Наинизшая эвтектика Te+CuTe образована при температуре 340 0 С. Кроме того, Te является относительно легкоплавким и химически активным веществом.
При медленном режиме нагрева контакта образцов меди и теллура, начиная с температуры 200 0С, и выдержке при этой температуре в течении 30-40 минут обнаружено взаимодействие компонентов. Образец меди покрывается относительно темной пленкой, которая легко отрывается от поверхности меди. С увеличением температуры происходит более бурное взаимодействие образцов, при котором на медном образце остается отпечаток в виде ямки геометрической формы поверхности теллура. С повышением температуры и времени выдержки глубина воронки на меди увеличивается. На поверхности теллура наблюдается рост интерметаллических фаз, причем образование их идет всегда в определенном порядке.
Результаты рентгенографических (табл. 1) и микроструктурных исследований образцов (рис. 2), полученных при контактном взаимодействии, показывают, что сначала в контакте образуется соединение CuTe, затем Cu4Te3 и, наконец, Cu2Te.
Таблица 1 Межплоскостные расстояния контактной прослойки Cu-Te, полученные при медленном режиме нагрева, при температуре 340 0С
№ п/п I е d hKl Состав
1. о.с 14,94 3,09 107 Cu2Te
2. с. 15,63 2,87 011 CuTe
3. ср. 16,91 2,65 120 CuTe
4. ср. 18,03 2,49 101 CuTe
5. о.с. 20,91 2,31 022 Cu2Te
6. ср. 22,77 2,16 113 Cu4Te3
7. с. 25,71 1,77 222 Cu
8. сл. 26,01 1,75 103 Te
9. о.сл. 26,33 1,73 040 CuTe
10. с. 27,67 1,66 121 CuTe
11. о.сл. 35,08 1,63 123 Cu4Te3
12. с. 38,02 1,59 224 Cu2Te
13. сл. 41,45 1,52 142 Cu4Te3
14. сл. 47,84 1,04 135 Cu2Te
15. с. 58,8 0,9 400 Cu
16. с. 62,95 0,87 321 Te
17. о.с. 68,54 0,82 331 Cu
18. сл. 72,66 0,8 420 Te
Охлажденные образцы легко отрываются друг от друга. На меди остается ямочка, а на торце образца теллура остаются все три слоя интерметаллических фаз. Жидкая фаза наблюдается при эвтектической температуре (340 0С) и выше. Жидкость в контакте не задерживается, поскольку она все время всасывается в рыхлые слои интерметаллических соединений.
Рис. 2. Микроструктура контактной прослойки системы Cu-Te, полученной при медленном режиме при температуре 340 0С после кристаллизации: а/Х200; б/Х2000
Для «импульсного» режима нагрева, общая картина образующихся фаз в обеих системах не меняется. Сохраняется последовательность их образования [4]. Под микро-
скопом видны широкие трещины, дефектные и дендритные образования (рис. 3).
Рис. 3. Микрофотографии контактной прослойки системы Cu-Te, полученной при «импульсном» режиме, при температуре 312 С, после кристаллизации: а/ Х 200; б/ Х 2000.
Жидкая фаза в системе Cu-Te при «импульсном» режиме нагрева образуется на 28 0C ниже соответствующей эвтектики. Появление жидкости было зафиксировано методом скачка электропроводности. Визуально же первичная жидкость плохо наблюдается, т. к. она всасывается через поры и микротрещины в объем образца. Образование жидкой фазы при температурах ниже температур плавления наинизшей эвтектики нами объясняется протеканием контактного плавления по предполагаемой метастабильной диаграмме состояния. Анализ рентгенографических и микроструктурных исследований подтверждают наши предположения. На рентгенограммах, снятых с затвердевшей жидкой прослойки, присутствуют только линии Cu и Te (табл. 2).
Таблица 2 Межплоскостные расстояния контактной прослойки Cu-Te,
полученные при «импульсном» режиме нагрева, при температуре 312 0С
№ п/п I е d hKl Состав
1. о.с. 17,32 3,25 101 Te
2. с. 25,71 1,77 200 Cu
3. сл. 26,01 1,75 103 Te
4. сл. 37,7 1,37 220 Cu
5. сл. 48,34 1,29 300 Te
6. сл. 50,85 1,25 301 Te
7. о.сл. 55,37 1,18 204 Te
8. с. 62,95 0,87 321 Te
9. о.с. 68,54 0,82 331 Cu
Проверка на экзотермичность процессов, протекающих в контакте Cu и Te, за счет которых можно было бы объяснить появление жидкости в контакте при температуре на 28 0C ниже, чем самая низкая эвтектическая температура, положительных результатов не дала. Это говорит об образовании метастабильной эвтектики Cu+Te [4]. Термодинамическая оценка экзотер-мичности реакции была проведена по данным [5-7].
Расчет возможной метастабильной диаграммы Cu-Te (табл. 3) показывает, что легкоплавкая метастабильная эвтектика Cu+Te плавится при температуре 308 0С, что почти совпадает с температурой эксперимента (рис. 4) [4].
Таблица 3
Расчет диаграммы Cu-Te
C1 = 8,5E - 03; C2 = 0,97; C3 = 0,15; C4 = 0,75; T1 = 0,1070; T2 = 0,437; T3 = 870,5; T4 = 342,68; TA = 1083; TB = 450; N = 1; M = 0; P= 0; Q = 1; K = 1,308662E - 23
По Ахумову Е. И. QA = 2392,15; QB = 2406,48
C = 0,05 TL = 1008,46 TR = -14,93
C = 0,1 TL = 938,28 TR = 30,2
C = 0,15 TL = 871,98 TR = 64,74
C = 0,2 TL = 809,16 TR = 94,44
C = 0,25 TL = 749,44 TR = 121,33
C = 0,3 TL = 692,48 TR = 146,41
C = 0,35 TL = 637,97 TR = 170,24
C = 0,4 TL = 585,61 TR = 193,19
C = 0,45 TL = 535,11 TR = 215,49
C = 0,5 TL = 486,21 TR = 237,33
C = 0,55 TL = 438,6 TR = 258,85
C = 0,6 TL = 391,98 TR = 280,13
C= 0,65 TL = 346 TR = 301,27
Естественные и точные науки •••
Natural and Exact Sciences •••
C = 0,7 C = 0,75
TL = 300,25 TL = 300,25
TR TR
322,34 322,34
CE = 0,7;
TE = 311,29
По Данилову В. И. и Каменецкой Д. С.
HA = 0,88237207394761 Hb = 1,6656599716081 Va = -1,0059147512949E-21 Vb = -3,5242832824852E-22
C = 0,05 C = 0,1 C = 0,15 C = 0,2 C = 0,25 C = 0,3 C = 0,35 C = 0,4 C = 0,45 C = 0,5 C = 0,55 C = 0,6 C = 0,65 C = 0,67
TL TL TL TL TL TL TL TL TL TL TL TL TL TL
1008,3
937,6
870,49
806.63 745,67 687,32 631,31 577,39 525,3 474,8
425.64 377,55 330,22 306,73
TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR
-19,69 25,17 59,75 89,64 116,81 142,23 166,45 189,8 212,53 234,79 256,71 278,39 299,91 310,62
CE = 0,67;
TE = 308,68
Brt
10 JO 30 JO SO 60 70 SO 90
O 10 20 30 40 30 60 70 SO 90 100 Cu 9i Te
Рис. 4. Расчетная диаграмма метастабильного равновесия системы Cu-Te
Разъедание поверхности меди при взаимодействии с Te можно объяснить интенсивным процессом межкристаллитный коррозии. При температуре, меньше температуры КП, эффект охрупчивания и коррозионного разъедания наблюдается на границе твердых веществ, а в контакте идет рост интерметаллических соединений. При температуре КП и выше, когда в контакте
появляется жидкая фаза, процесс разъедания еще более интенсифицируется. По хрупкой структуре контактной зоны можно полагать, что в металлах существуют остаточные напряжения, которые приводят к снижению прочности контакта и хрупкому разрушению металла по границам зерен.
Одновременно наблюдается и интенсивный перенос атомов меди через границу раздела. Высококачественный контакт образцов способствует протеканию диффузионных процессов, которые активизируются при повышении температуры. В результате диффузионных процессов ^ и Te оказываются друг от друга на расстояниях, достаточных для возникновения обменных сил взаимодействия. Скорость накопления меди в поверхностном слое превышает скорость отвода атомов меди вглубь образца второго компонента. При достаточной концентрации компонентов образуется первый слой интерметаллического соединения, и продолжающийся диффузионный потом атомов проходит уже через этот слой интерметаллида. В итоге и возможно образование всех промежуточных фаз за короткое время при сравнительно низкой температуре.
При реакциях образования этих соединений относительная роль диффузии меди больше, чем вторых компонентов. Это, по-видимому, связано с величиной ионных и атомных радиусов компонентов. В то время как медь имеет ионный радиус 0,96 Е, размеры ионов второго компонента слишком велика Р(Те)=2,11 Е. Частичное прояв-
1. Гусейнов А. Н. Исследование явления контактного плавления в двойных системах образующих интерметаллиды. Дисс. ... канд. физ.-мат. наук. Нальчик КБГУ, 1990. 210 с.
2. Иванов О. С., Вамберский Ю. В., Удовский А. Н.-В. Физико-химический анализ сплавов урана, тория и циркония. М.: Наука, 1974. 224 с.
3. Кучеренко Е. С. Метастабильное контактное плавление // Металлофизика. Киев: Науко-ва думка, 1975. Вып. 59. С. 92-96.
4. Новоселова А. В., Лазарев В. Б. Физико-химические свойства полупроводниковых
1. Guseynov A. N. Issledovanie yavleniya kon-taktnogo plavleniya v dvoynykh sistemakh obrazuyush-chikh intermetallidy [Investigation of the contact melting phenomenon in the binary systems forming inter-metallic compounds]. Extended abstract of dissertation for a Ph. D. degree (Physics and Mathematics). Nalchik, KBSU Publ., 1990. 210 p. (In Russian)
2. Ivanov O. S., Bambersky Yu. V., Udovsky A. N.-V. Fiziko-khimicheskiy analiz splavov urana, toriya i tsirkoniya [Physico-chemical analysis of uranium, thory and zirconium alloys]. Moscow, Nauka Publ., 1974. 224 p. (In Russian)
3. Kucherenko E. S. Metastable contact melting. Metallofizika [Metall physics]. Kiev, Naukova Dumka, 1975. Vol. 59. Pp. 92-96. (In Russian)
4. Novoselova A. V., Lazarev V. B. Fiziko-khimicheskie svoystva poluprovodnikovykh vesh-
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Гусейнов Абдурахман Насрудинович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической физики и технических дисциплин, факультет физики, математики и информатики (ФФМиИ), ДГПУ; Махачкала, Россия; e-mail: abd.nazhmudinov2013@yandex.ru
Нажмудинов Абдурахман Мухтарович, кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой теоретической физики и технических дисциплин, ФФМиИ, ДГПУ; Махачкала, Россия; e-mail: abd.nazhmudinov2013@yandex.ru
Принята в печать 15.04.2016 г.
ление атомного характера связей в этих решетках создает возможность диффузии атомов для тех компонентов, у которых мал атомный радиус. Кристаллохимиче-ских фактор реакционной диффузии явно сказывается в механизме контактного взаимодействия.
веществ. М.: Справочник, 1979. 340 с.
5. Семеновская С. В. Использование диффузионного рассеивания рентгеновских лучей для построения диаграмм равновесий // Докл. АН СССР, 1973. Т. 210. № 5. С. 1056-1059.
6. Хайрулаев М. Р., Гусейнов А. Н., Савинцев П. А. Исследование контактного плавления в системе медь-теллур // Физ. и химия обработки материалов. 1981. № 2. С. 77-78.
7. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургиздат, 1962. Т. 1-2. С. 608, 1488.
chesty [Physico-chemical properties of semiconductor substances]. Moscow, Spravochnic Publ., 1979. 340 p. (In Russian)
5. Semenovskaya, S. V. Using the diffusion scattering of x-rays to charting equilibria. Dokl. AN SSSR [AS SSSR Report], 1973. Vol. 210. No. 5. Pp. 1056-1059. (In Russian)
6. Khayrullaev M. R., Guseynov A. N., Sav-intsev P. A. Investigation of contact melting in the copper-tellurium system. Fiz. i khimiya obrabotki materialov [Phys. and chemistry of materials processing]. 1981. No. 2. Pp. 77-78. (In Russian)
7. Hansen M., Anderko K. Struktury dvoynykh splavov [Sructures of double alloys]. Moscow, Metallurgizdat, 1962. Vol. 1-2. Pp. 608, 1488. (In Russian)
INFORMATION ABOUT AUTHORS Affiliations
Abdurakhman N. Guseynov, Ph. D. (Physics and Mathematics), assistant professor, the chair of Theoretical Physics and Technical Disciplin, the faculty of Physics, Mathematics and Computer Science (FPMCS), DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: abd.nazhmudinov2013@yandex.ru
Abdurakhman М. Nazhmudinov, Ph. D. (Physics and Mathematics), assistant professor, the head of the chair of Theoretical Physics and Technical Disciplin, FMPCS, DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: abd.nazhmudinov2013@ yandex.ru
Received 15.04.2016.
Литература
References
