Электрическая прочность и твердость монокристаллов твердых растворов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 83 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1956 г.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ!ТВЕРДОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ

ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ

А. А. ВОРОБЬЕВ и А. М. ТРУБИЦЫН

Физические характеристики кристаллических диэлектриков определяются величиной их энергии решетки. Вследствие указанного должна существовать связь между различными характеристиками вещества [1].

С увеличением энергии решетки кристаллов щелочно-галоидных солей возрастает их электрическая прочность, температура плавления и твердость,, определенная по методу царапания [2].

Н. С. Куриаков и С. Ф. Жемчужный [3] установили, что для непрерывных твердых растворов зависимость электроводности и температурного коэффициента сопротивления от химического состава твердого раствора выражается кривой с минимумом. Для этих случаев диаграммы зависимости твердости и давления истечения через отверстие выражаются кривыми с максимумом.

Пользуясь методом сверления, В. Д. Кузнецов и К. В. Савицкий [4[ установили, что зависимость величины диаметра лунки от состава д \я твердых растворов системы KCl — NaCl имеет минимум около 50°/0 KCl, а для сплавов KCl—КВг около 60 мол.% KCl. Соответственно твердость указанных сплавов в зависимости от состава будет изменяться по кривой с максимумом.

А. М. Трубицыным были измерены величины электрической прочности на импульсах в однородном поле для монокристаллов твердых растворов систем: NaС1 — NaBr, KCl — КВг и KI— КВг. Электрическая прочность монокристаллов чистых солей и твердых растворов сопоставлялась с величиной микротвердости, определенной с помощью прибора ПМТ-3.

Для определения твердости под действием постоянной нагрузки в поверхность кристалла вдавливалась алмазная пирамида с углом при вершине 136°8' и квадратным основанием. Число твердости в кг/мм2 определялось-как частное от деления силы вдавливания пирамиды на площадь полученного отпечатка.

Для сопоставления электрической прочности с механической характеристикой последнюю также желательно иметь для малого объема.

Малая величина диагонали отпечатка (порядка 60 микрон при грузе 20 г) характеризует механические свойства материала в малом объеме. Процессы, приводящие к пробою, развиваются в малых объемах. Диаметр канала пробоя составлял 80—i00 михрон. Таким образом, измерение свойств материала в этих опытах производилось в соизмеримых объемах.

Специально исследовалось изменение микротвердости вблизи места пробоя. Изменения микротвердости монокристалла после действия высокого-напряжения или пробоя не обнаружили.

На фиг. 1 представлена зависимость электрической прочности и микротвердости от энергии решетки для одних и тех же кристаллов чистых щелочно-галоидных солей. С увеличением энергии решетки, а следовательно, и химической устойчивости соединения увеличивается их микротвердость.

Этот результат согласуется с полученным ранее для твердости по методу царапания.

На фиг. 2, 3 и 4 представлено изменение микротвердости, электрической прочности и теплоты, поглощенной при образовании твердого раство-

■=а

Фиг. 1. Зависимость электрической прочности и микротвердости от энергии решетки для кристаллов телочно-галоидных солей.

20

1,5

! О

0,5

6.0

£ /«аак |

«¡2 X/ ЛЦ

/ Хчсе / V / А но / /% ад. ,НаВх

/ // 'У&з ,1- иср //сЗг 1

113

20

¡5

7,0

гз

Энергия решетки б эВ/тлгнула

ра, в зависимости от состава монокристаллов. Измерения микротвердости производились на 3—5 пробитых образцах. Микротвердость каждого образца измерялась в 5—7 местах. На фигурах большими окружностями обозначены средние значения микротвердости.

пр

«а

о}

0,2

Ъ 40

<сэ §

13

1 О ц

1 с| о И о

и ' о 1 О оо < \о < Тч \

ж 1 ' 1Й

ч в Ч 1 в ? © -Хг

Епр ® ■ ©

го

во

40 6 О

40

20

Ш

I

& #

§

I

I

а?

1 5

юзмтХШйг отл% Ш№

Фиг. 2. Зависимость электрической прочности (Епр), микротвердости (Н) и ^ теплоты, поглощенной при образовании твердого раствора (О), от состава монокристаллов системы ЫаС1—¡ЧаВг.

Изменение микротвердости монокристаллов твердых растворов получено такое же, как в опытах Н. С. Курнакова и С. Ф. Жемчужного и В. Д. Кузнецова и К. В. Савицкого для твердости, определенной другими методами.

3. Изв. ТП И, т. 83

§5

I

|

<\>

Я

=30

<

*»г>

441

& /в ■ч

& о о 0 о

о о % ? ® 9 ¿¿¡¡У о 5 1 0» { ^ «О '' 8 ^ >

5 г И 5/ к § > © Р } о 1 л; 1 ° и

о о 1\

4 ............ С £пр г V

20

<10

1 «л

<ь

й Ъ

Сз

г-.-к.

5а.**»

£ «3

й? /(Вт

го

'Фиг. 3. Зависимость электрической прочности (Епр), микротвердости (Н) и теплоты, поглощенной при образовании твердого раствора (О), от состава монокристаллов системы КС!—КВг.

Фиг. 4. Зависимость электрической прочности (Епр), микротвердости (Н) и теплоты, поглощенной при образовании твердого раствора ¡0), от состава монокристаллов системы К1—КВг.

В отличие от результатов, полученных для монокристаллов чистых солей, для твердых растворов с замещенным галоидом увеличение микротвердости сопровождается уменьшением их электрической прочности.

Изменение электрической прочности монокристаллов твердых растворов р' лее мы связали с величиной энергии, поглощенной при образовании твердого соединения, с его химической устойчивостью [5]. Электрическая проч-

•Фиг. 5. Изменение электрической прочности (Епр) и температуры плавления (Тпл) в зависимости от химического состава монокристаллов твердых растворов ИаС!—МаВг.

«о

э

со л

е

о о

3

1.2

1.0

0.8

0,6

э о.

0.4

<?5

0.2

к

т„.

\ N А

V 9

0 100

го во

АО 60

60 40

Г„.,т

800

а

3

а

7Ы о, с;

со

а

Ч

72 0 5

«

3>

680 с

о

«а.

о*

640 С;

3

«2:

600

80

10

<00иол'/. МаВг 0 иол% А/аСе

ноеть и температура плавления для рассматриваемых сплавов с замещенным анионом изменяются одинаково, уменьшаясь или увеличиваясь при изменении химического состава (фиг. 5, 6, 7). Следовательно, с увеличением химической устойчивости сплавов возрастает их температура плавления и

электрическая прочность.

§ |

1

Сэ

§

* ^ &

Сх

I

4?

1,0

ЦЬ

ОА

0,2

X

.А

"Ы^.. л У ■

Епр

О 100

20 80

40 ЬО

60 40

180

7 40

100

ььв

его

580

1

Сь

I

&

§

й> I

I

1 л

80 20

ЮОмол%ИВ1

0т/1%ка

Фиг. 6. Изменение электрической прочности (Епр) и температуры плавлений (Тпл) е зависимости от химического состава монокристаллов твердых раствсров КС1—КВг.

§

Эг

§

0А

&

!аг %

X Т/т / /

*

Епр

/00

го 80

40 6И

60 40

Г 0

'ПА

760

§

I 680

V .

600 ъ

520

Ш 5

80 20

. 360 л

юо мо/1% к вг о мо4% кз

Фиг. 7. Изменение электрической прочности ¡ Епр) и температуры плавления (Тпл) в зависимости от химического состава монокристаллов твердых растворов К!—КВг

Соотношение между микротвердостью монокристаллов твердых растворов и их электрической прочностью на основании теории сплавов можно объяснить следующим образом.

Считают, что изменение физических свойств металла обусловлено наличием в кристаллической решетке напряжений и остаточных микроискажений. Избыточная потенциальная энергия атомов, смещенных из равновесного по-