CC BY
28
УДК 538.913
А. С. Крылов, С. Н. Софронова, Е. М. Колесникова, Л. И. Исаенко
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РЕШЕТКИ ОКСИФТОРИДА КЪ2КМо03Р3*
Получены полные спектры КР оксифторида ЯЬ2КМоО3Г3 в температурном диапазоне 7-260 К. При температуре Т ~ 185 К был обнаружен структурный фазовый переход, рассчитана динамика решетки «разупорядо-ченного» кристалла ЯЬ2КМоОГ3, в спектре которого присутствуют «мягкие» моды колебаний.
Ключевые слова: динамика решетки, оксифториды, комбинационное рассеяние света.
Эльпасолит ЯЪ2КМо0^3 принадлежит к большому классу кристаллов эльпасолитов-криолитов с общей формулой Л2БМ03Р3 (А, В = КЫ4, Ка, К, ЯЪ, Об; М = Мо, W). В зависимости от отношения ионных радиусов ЯЛ и ЯБ, а также от атома М, высокотемпературная кубическая фаза Гт 3 т данных соединений может оставаться стабильной вплоть до температуры жидкого гелия [1-6] или искажаться в результате одного [1-5; 7] или двух фазовых переходов [1-6; 8-10]. Например, несмотря на близкие значения ионных радиусов атомов (ЯМо = 0,073 пт) и W (^ = 0,074 пт), эльпасолит ЯЪ2КМо03Б3 испытывает фазовый переход [11], а эльпасолит Rb2KW03F3 не испытывает никаких фазовых превращений и остается кубическим вплоть до температуры жидкого гелия [12]. Необходимо отметить, что высокотемпературная кубическая фаза в данных соединениях реализуется благодаря разупорядочению атомов F/0 по кристаллу. В зависимости от расположения атомов анионов F/0, локальная симметрия анионного октаэдра [М0^3]3-может быть либо тег- (симметрия С2у), либо Гае-(симметрия С3у) конфигурации. Авторами работы [13] было показано, что анионный октаэдр находится в Гае- конфигурации.
Недавно выяснилось [11], что оксифторид ЯЪ2КМо0^3 испытывает структурный фазовый переход типа порядок-беспорядок при Т = 195 К, далекий от трикритической точки в режиме нагрева образца. Однако структуру низкотемпературной фазы решить не удалось ввиду двойникования образцов ниже температуры фазового перехода.
Целью настоящей работы является представление результатов экспериментальных и теоретических исследований динамики решетки эльпассолита ЯЪ2КМо0^3 с помощью метода комбинационного рассеяния света и в рамках обобщенной модели Гордона-Кима для того, чтобы попытаться описать механизм фазового перехода в данном кристалле.
Исследование спектров КР оксифторида ЯЬ2КМоОГ3. Спектры КР неориентированного кристалла оксифторида ЯЪ2КМо0^3 были получены с помощью КР-спектрометра ЫопЪа 1оЪт Ууоп Т64000.
В эксперименте был использован образец 1,5х1,5х1,5 мм № 7, описанный в работе [11]. В качестве источника возбуждения применялось излучение Лг+ лазера с длиной волны X = 514,5 нм. Мощность на образце составляла 7 мВт.
Для того чтобы извлечь количественную информацию о спектральных параметрах из экспериментальных данных, спектры были разложены на отдельные линии. В диапазоне низких частот (< 150 см-1) в качестве модельной формы линии была использована модель затухающего гармонического осциллятора [14]. Выше 150 см-1 был использован контур Лоренца [15] (рис. 1).
а b с j d е
---Ю К
---зоо к
Л
jji -- ---1- --1--»--1--*--1—/А-------•-1-
0 100 200 300 400 800 900
Raman shift, cm 1
Рис. 1. Спектр КР оксифторида Rb2KMoO3F3 при комнатной температуре (T = 300 K) и при T = 10 K: а - диапазон решеточных колебаний; б - диапазон колебаний O-Mo-F; в - диапазон колебаний O-Mo-O; г - диапазон валентных колебаний Mo-F; e - диапазон валентных колебаний Mo-O [1])
Ранее [16] высокочастотная часть спектра, содержащая полносимметричные колебания связи Mo-O анионного октаэдра, была получена с низким разрешением (2 cm-1), и аппроксимирована только одним контуром Лоренца.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 12-02-31205 мол_а, № 11-02-98002, № 12-02-00056), Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 8379.
В данной работе эта часть спектра была прописана с лучшим разрешением (0,7 ет-1), и анализ данной области спектра показал, что в этом диапазоне, в кубической высокотемпературной фазе присутствует две линии (рис. 2), хотя это колебание в кубической фазе не вырождено.
Reman shift, cm
ратуры фазового перехода (рис. 4, а), а частота колебания Мо^, наоборот, уменьшается (рис. 4, б). Данные зависимости были аппроксимированы с учетом трех- и четырех-фононного взаимодействий, которые возникают вследствие ангармонизма решетки в отсутствия фазовых превращений [17]. Согласно [18], сдвиг частоты Дю полносимметричного высокочастотного колебания (разница экспериментальных и теоретических значений) пропорциональна квадрату параметра порядка. Полученная зависимость (рис. 4, в) демонстрирует типичное поведение параметра порядка при фазовом переходе первого рода, далеком от трикритической точки.
§ 360
Е
го
сг
Рис. 2. Часть спектра, содержащая полносимметричное колебание Мо-О, разложенная на два контура Лоренца (на вставке - температурная зависимость относительной интенсивности данных линий)
При температуре Т ~ 185 К происходит фазовый переход кристалла ЯЪ2КМоО3Р3 (рис. 3). Исходя из существенных изменений спектральных параметров, данный фазовый переход является переходом первого рода. Основные изменения происходят в области полносимметричных колебаний Мо-О и Мо-Б, а также в области решеточных колебаний, где число линий удваивается, указывая на увеличение объема элементарной ячейки, как минимум, в два раза.
03 904
Є
а Mo-F
b Мо-О
с !
Рис. 3. Температурная трансформация спектра КР оксифторида ЯЪ2КМоО3Е3
Хорошо виден резкий скачок в поведении частот в окрестности фазового перехода (рис. 4). Причем частота колебания Мо-О увеличивается ниже темпе-
20 70 120 170 220 270 320 370
Temperature.К
Рис. 4. Температурные зависимости частот полносимметричных колебаний Mo-F и Mo-O:
а, б - теоретические аппроксимации; в - разница между экспериментальной частотой колебания Mo-O и теоретической
Ширины полносимметричных колебаний Mo-O и Mo-F также испытывают аномалии в окрестности фазового перехода (рис. 5). Полученные температурные зависимости ширин линий не характерны для твердого тела. Наблюдается ярковыраженное аномальное Х-образное поведение ширины линии полносимметричного колебания Mo-O и, в меньшей степени, полносимметричного колебания Mo-F. Такие аномальные зависимости указывают на то, что обнаруженный фазовый переход является фазовым переходом типа порядок-беспорядок, и отражают критические флуктуации параметра порядка в окрестности точки фазового перехода [19].
В упорядоченных эльпасолитах при гелиевых температурах ширины полносимметричных колебаний анионного октаэдра стремятся к значениям ~1-3 см-1 [20-22]. Полносимметричное колебание 908 в данном случае является параметром со степенью упорядочения октаэдра [MoO3F3]
см
связанным
3-
Таблица 1
Собственные вектора «мягких» мод колебаний = 4)
Атом Координаты (а; Ь; с) «Мягкие» моды и соответствующие собственные векторы
141г(2) 141 г(2) 139г(2) 98г (2) 60г(2) 59г(2) 44г (2) 33г(2)
ЯЪ (0,25; 0,25; 0,.25) (х;-у;0) (-х;-у;0) (0;0^) (х;0;0) (0;0^) (х;0;0) (-х;0;0) (0;0;0)
ЯЪ (0,25; 0,25; 0,75) (х;-у;0) (-х;-у;0) (0;0;-г) (х;0;0) (0;0;-г) (х;0;0) (х;0;0) (0;0;0)
ЯЪ (0,25; 0,75; 0,25) (-ху;0) (х;у;0) (0;0^) (х;0;0) (0;0;-г) (-х;0;0) (-х;0;0) (0;0;0)
ЯЪ (0,25; 0,75; 0,75) (-ху;0) (х;у;0) (0;0;-г) (х;0;0) (0;0^) (-х;0;0) (х;0;0) (0;0;0)
ЯЪ (0,75; 0,25; 0,25) (-ху;0) (х;у;0) (0;0;-г) (х;0;0) (0;0^) (-х;0;0) (х;0;0) (0;0;0)
ЯЪ (0,75; 0,25; 0,75) (-ху;0) (х;у;0) (0;0^) (х;0;0) (0;0;-г) (-х;0;0) (-х;0;0) (0;0;0)
ЯЪ (0,75; 0,75; 0,25) (х;-у;0) (-х;-у;0) (0;0;-г) (х;0;0) (0;0;-г) (х;0;0) (х;0;0) (0;0;0)
ЯЪ (0,75; 0,75; 0,75) (х;-у;0) (-х;-у;0) (0;0^) (х;0;0) (0;0^) (х;0;0) (-х;0;0) (0;0;0)
К (0,5 ;0,5; 0,5) ^Ху;^ (-х;-у;г) (0;0^) (х;0;0) (0;у;0) (0;у;0) (0;0^) (-х;0;0)
К (0; 0; 0,5) (-х;у;^ (-х;-у;-г) (0;0;-г) (х;0;0) (0;-у;0) (0;у;0) (0;0;^) (х;0;0)
К (0; 0,5; 0) (х;-у;^ (х;у;-^ (0;0^) (х;0;0) (0;-у;0) (0;-у;0) (0;0^) (х;0;0)
К (0,5; 0; 0) (х;-у;-2) Оу;^ (0;0;-г) (х;0;0) (0;у;0) (0;-у;0) (0;0;^) (-х;0;0)
Мо (0; 0; 0) (-Ху-2) (-х;-у;г) (х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;у;0) (0;0;^) (х;0;0)
Мо (0,5; 0,5; 0) (-х;у;^ (-х;-у;-г) (-х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;у;0) (0;0^) (-х;0;0)
Мо (0,5; 0; 0,5) (х;-у;^ (х;у;-^ (х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;-у;0) (0;0;^) (-х;0;0)
Мо (0; 0,5; 0,5) (х;-у;-г) Оу;^ (-х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;-у;0) (0;0^) (х;0;0)
О/її (0,208; 0; 0) (х;-у;^ (хУ;-Ю (-х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;у;0) (0;0;^) (-х;0;0)
О/її (0; 0,208; 0) (х;-у;^ (ху;-Ю (-х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;-у;0) (0;0;^) (х;0;0)
О/Б (0; 0; 0,208) (х;-у;^ (ху;-Ю (-х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;у;0) (0;0^) (х;0;0)
О/Б (0,708; 0,5; 0) (х-у-г) (ху;^ (х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;у;0) (0;0^) (х;0;0)
О/її (0,5; 0,708; 0) (х-у-г) (ху;^ (х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;-у;0) (0;0^) (-х;0;0)
О/її (0,5; 0,5 ;0,208) (х-у-г) (ху;^ (х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;у;0) (0;0;^) (-х;0;0)
О/її (0,708; 0; 0,5) (-Ху-г) (-х;-у;г) (-х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;-у;0) (0;0;^) (х;0;0)
О/її (0,5; 0,208; 0,5) (-Ху-г) (-х;-у;г) (-х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;у;0) (0;0;^) (-х;0;0)
О/її (0,5; 0; 0,708) (-Ху-г) (-х;-у;г) (-х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;-у;0) (0;0^) (-х;0;0)
О/її (0,208; 0,5; 0,5) (-Х;У;ї) (-х;-у;-г) (х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;-у;0) (0;0^) (-х;0;0)
О/її (0; 0,708; 0,5) (-Х;У;ї) (-х;-у;-г) (х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;у;0) (0;0^) (х;0;0)
О/її (0; 0,5; 0,708) (-Х;У;ї) (-х;-у;-г) (х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;-у;0) (0;0;^) (х;0;0)
О/її (0,792; 0; 0) (Х;-У;Ї) (хУ;-Ю (-х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;у;0) (0;0;^) (-х;0;0)
О/її (0; 0,792; 0) (Х;-У;Ї) (хУ;-Ю (-х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;у;0) (0;0;^) (х;0;0)
О/її (0; 0; 0,792) (Х;-У;Ї) (хУ-Ю (-х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0У;0) (0;0;^) (х;0;0)
О/її (0,292; 0,5; 0) (Х;-у-г) (ху;^ (х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;у;0) (0;0^) (х;0;0)
О/її (0,5; 0,292; 0) (Х;-у;-г) (хУ2) (х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;у;0) (0;0^) (-х;0;0)
О/її (0,5; 0,5; 0,792) (Х;-у-г) (Х;У;Ї) (х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;у;0) (0;0^) (-х;0;0)
О/її (0,292; 0; 0,5) (-Ху-г) (-х;-у;г) (-х;0;0) (х;0;0) (0;-у;0) (0;-у;0) (0;0;^) (х;0;0)
О/її (0,5; 0,792; 0,5) (-Ху-г) (-х;-у;г) (-х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;-у;0) (0;0;^) (-х;0;0)
О/її (0,5; 0; 0,292) (-х;у;-г) (-х;-у;г) (-х;0;0) (х;0;0) (0;-У;0) (0;-у;0) (0;0;^) (-х;0;0)
О/її (0,792; 0,5; 0,5) (-х;у;^ (-х;-у;-г) (х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;-у;0) (0;0^) (-х;0;0)
О/її (0; 0,292; 0,5) (-х;у;^ (-х;-у;-г) (х;0;0) (х;0;0) (0;-У;0) (0;-у;0) (0;0^) (х;0;0)
О/її (0; 0,5; 0,292) (-х;у;г) (-х;-у;-г) (х;0;0) (х;0;0) (0;у;0) (0;-у;0) (0;0^) (х;0;0)
Ширина линии данного колебания ~ 6 см- при гелиевых температурах. Так как это значение в несколько раз превышает значения ширин линий полностью упорядоченных эльпасолитов, можо предположить, что полного упорядочения анионных октаэдров в исследуемом соединении не происходит даже при гелиевых температурах.
Расчет динамики решетки в рамках обобщенной модели Гордона-Кима. Для расчета динамики решетки эльпасолита Rb2KMo0зFз был использован обобщенный метод Гордона-Кима [23].
В высокотемпературной кубической фазе атомы F/0 разупорядочены по всему кристаллу. Вследствие этого беспорядка, каждый октаэдр может равновероятно находиться в 20 различных состояниях (8 состояний с тригональной симметрией и 12 состояний с орторомбической симметрией С2„).
Рис. 5. Температурные зависимости частоты и ширины полносимметричного колебания Мо-О (белые кружки -ширина; черные кружки - частота)
В работе [13] было показано, что октаэдр [MoO3F3]3- преимущественно обладает тригональной симметрией (fac-конфигура-ция), поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать только fac-конфигурации октаэдра.
Как уже было сказано, атомы анионов F/O разупо-рядочены по кристаллу в высокотемпературной кубической фазе. Для моделирования аналогичной ситуации в теории, была выбрана кубическая элементарная ячейка типа эльпасолита-криолита, содержащая четыре формульные единицы (Z = 4).
Чтобы смоделировать «усреднение» в кубической фазе Fm 3 m, мы вычисляли динамические матрицы (собственные значения которых и являются частотами колебаний) 4096 структур, в которых перебирались все возможные ориентации октаэдра в fac- состоянии (4 октаэдра в элементарной ячейке, и каждый может находиться в 8 равновероятных ориентациях). Затем мы усредняли динамические матрицы и определяли частоты колебания.
Параметр решетки сохранялся кубическим, и определялся из условия минимума полной энергии (acub = 8,427 А). Расчетный спектр «мягких» мод содержит частоты, принадлежащие как центру зоны Бриллуэна, так и ее граничным точкам. Поэтому в исследуемом кристалле возможны фазовые переходы с увеличением объема элементарной ячейки. Смещения атомов, соответствующие собственным векторам «мягких» мод представлены в табл. 1.
Таким образом, в кристалле эльпасолита Rb2KMoO3F3 был обнаружен фазовый переход типа порядок-беспорядок при температуре T ~ 185 K в режиме охлаждения образца. Исходя их теоретических и экспериментальных результатов, можно предположить, что данный фазовый переход связан с изменениями в молекулярном октаэдре [MoO3F3]3-и может сопровождаться увеличением объема элементарной ячейки. В настоящее время вопрос об упорядочении F/O октаэдров и их роли при структурном фазовом переходе остается открытым. Необходимы дальнейшие исследования для определения симметрии низкотемпературной фазы и для понимания природы обнаруженного фазового превращения.
Библиографические ссылки
1. Raman scattering in ferroelectric materials with composition A2BMO3F3 (A, B = K, Rb, Cs for rA+ > rB+ and M = Mo, W) / M. Couzi, V. Rodriquez, J. P. Chaminade et al. // Ferroelectrics. 1988. Vol. 80. Р. 109-112.
2. Effect of cationic substitution on ferroelectric and ferroelastic phase transitions in oxyfluorides A2A’WO3F3 (A, A’: K, NH4, Cs) / V. D. Fokina, I. N. Flerov, M. V. Gorev et al. // Ferroelectrics. 2007. Vol. 347. Р. 60-64.
3. Study of phase transitions in A3MO3F3 compounds (A = K, Rb, Cs; M = Mo, W) / G. Peraudeau, J. Ravez, P. Haggenmuller, H. Arend // Solid State Comn. 1978. Vol. 27. Р. 591-593.
4. A new family of ferroelectric materials with composition A2BMO3F3 (A, B = K, Rb, Cs for rA+>rB+ and M = Mo, W) / J. Ravez, G. Peraudeau, H. Arend et al. // Ferroelectrics. 1980. Vol. 26. Р. 767-769.
5. Peraudeau G., Ravez J., Arend H. Etude des transitions de phases des composes Rb2KMO3F3, Cs2KMO3F3 et Cs2RbMO3F3 (M = Mo, W) // Solid State Comn. 1978. Vol. 27. Р. 515-518.
6. Raman spectroscopic study of the phase transitions in the Cs2NH4WO3F3 oxyfluoride / A. S. Krylov, A. N. Vtyurin, V. D. Fokina et al. // Physics of the Solid State. 2006. Vol. 48. № 6. Р. 1064-1066.
7. Raman scattering study of temperature and hydrostatic pressure phase transitions in Rb2KTiOF5 crystal / A. S. Krylov, S. V. Goryainov, A. N. Vtyurin et al. // J. Raman Spectrosc. 2011. Vol. 43. No. 4. Р. 577-582.
8. Exploration on anion ordering, optical properties and electronic structure in K3WO3F3 elpasolite / V. V. Atuchin, L. I. Isaenko, V. G. Kesler et al. // J. of solid state chemistry. 2012. Vol. 187. Р. 159-164.
9. Vibrational spectroscopy studies of temperature phase transitions in K3WO3F3 / A. A. Ekimov, A. S. Krylov, A. N. Vtyurin et al. // Ferroelectrics. 2010. Vol. 401. Р. 168-172.
10. Les transitions de phase de l’oxyfluorure Rb3MoO3F3 / G. Peraudeau, J. Ravez, A. Tressaud et al. // Solid State Comn. 1977. Vol. 23. Р. 543-546.
11. Термодинамические свойства и структура ок-сифторида Rb2KMoO3F3 и K2NaMoO3F3 / Е. И. Погорельцев, Е. В. Богданов, М. С. Молокеев и др. // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. № 6. С. 1136-1145.
12. Heat capacity and structure of Rb2KMeO3F3 (Me: Mo, W) elpasolites / A. V. Kartashev, M. S. Molo-keev, L. I. Isaenko et al. // Solid state science. 2012. Vol. 14. Р. 166-170.
13. Udovenko A. A., Laptash N. M. Orientational disorder in crystals of (NH4)3MoO3F3 and (NH4)3WO3F3 // Acta crystallographica. 2008. B64. Р. 305-311.
14. Temperature-dependent Raman scattering study of multiferroic MnWO4 / L. H. Hoang, N. T. M. Hien, W. S. Choi et al. // Raman Spectrosc. 2009. Vol. 41. Р. 1005-1010.
15. Малиновский В. К., Пугачев А. М., Суровцев
H. В. Исследование сегнетоэлектрического фазового перехода в кристалле DKDP методом низкочастотного комбинационного рассеяния света // Физика твердого тела. 2008. Т. 50. № 6. С. 1090-1095.
16. Исследование динамики решетки оксифторида Rb2KMoO3F3 методом комбинационного рассеяния света / А. С. Крылов, Е. М. Меркушова, А. Н. Втюрин, Л. И. Исаенко // Физика твердого тела. 2012. Т. 54. № 6. С. 1191-1196.
17. Ramkumar C., Jain K. P., Abbi S. C. Raman scattering probe of anharmonic effects due to temperature and compositional disorder in III-V binary and ternary alloy semiconductors // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 1996. Vol. 53. № 20. Р. 13672-13681.
18. Petzelt J., Dvorak V. Changes of infrared and Raman spectra induced by structural phase transitions:
I. General considerations // J. Phys. C: Solid State Phys. 1976. Vol. 9. Р. 1571-1586.
19. Isotropic Raman line shapes near gas-liquid critical points: The shift, width, and asymmetry of coupled and uncoupled states of fluid nitrogen / M. Musso, F. Matthai, D. Keutel, K.-L. Oehme // J. Chem. Phys. 2002. Vol. 116. № 18. P. 8015-8027.
20. Baldinozzi G., Sciau Ph., Bulou A. Analysis of the phase transition sequence of the elpasolite (ordered perovskite) Pb2MgTeO6 // J.Phys.: Condens.Matter. 1997. Vol. 9. P. 10531-10544.
21. Lattice dynamics and Raman scattering spectrum
of elpasolite Rb2KScF6: Comparative analysis /
S. N. Krylova, A. N. Vtyurin, A. Bulou et al. II Physics of the Solid State. 2004. Vol. 4б. Р. І3ІІ-І3І9.
22. Raman spectra and phase transitions
in Rb2KInFб elpasolite I A. S. Krylov, S. N. Krylova, A. N. Vtyurin et al. II Crystallography Reports. 20 ІІ. Vol. 5б. Р. І8-23.
23. Lattice dynamics calculation of the ionic crystals with ion dipole and quadrupole deformations: perovskite structure oxides I N. G. Zamkova, V. I. Zinenko, O. V. Ivanov et al. II Ferroelectrics. 2003. Vol. 283. Р. 49-б0.
A. S. Krylov, S. N. Sofronova, E. M. Kolesnikova, L. I. Isaenko
INVESTIGATION OF LATTICE DYNAMICS OF OXYFLUORIDE Rb2KMoO3F3
In the work the complete Raman spectra of oxyfluoride Rb2KMoOsF3 in the temperature range 7-260 K were obtained. The structural phase transition at T ~ 185 K was found. The lattice dynamics of disordered crystal was simulated, the calculated spectra contain the «soft» modes of oscillations.
Keywords: lattice dynamics, oxyfluorides, Raman scattering.
© Крылов А. С., Софронова С. Н., Колесникова Е. М., Исаенко Л. И., 2012
УДК 621.791
Р. А. Мейстер, В. В. Богданов, С. А. Готовко, А. Р. Мейстер
ВЛИЯНИЕ КОНДЕНСАТОРНОГО УМНОЖИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРЕНИЯ ДУГИ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ
При сварке на прямой и обратной полярности в углекислом газе проволоками диаметром 1,2 мм обеспечивается формирование швов при силе тока 12 А и более. На минимальных напряжениях разбрызгивание не наблюдается. При токах 12-20 А визуально фиксируется перенос металла в дуге без взрывных явлений.
Ключевые слова: минимальный ток, углекислый газ, плавящийся электрод, прямая и обратная полярность, осциллографирование, видеосъемка, перенос металла в дуге.
Получили распространение однофазные выпрямители с конденсаторным умножителем напряжения, которые применяются для ручной дуговой сварки и сварки в защитных газах [1]. Данные выпрямители чаще применяют в условиях малых предприятий, при ремонте автомобилей, сантехнических устройств и др. Ограничения, которые накладываются действующими стандартами на величину максимального тока из питающей сети напряжением 220 В в бытовых условиях (15 А) вынуждают уменьшать сварочный ток до 140 А [2]. Данные выпрямители просты по устройству, легко ремонтируются и, в сравнении с инверторными, обеспечивают уменьшение высших гармоник в питающей сети [3]. При сварке проволоками диаметром 0,8 и 1,2 мм в углекислом газе дуга горит устойчиво при силе тока 12-20 А, что позволяет сваривать сталь толщиной 0,5 мм и более [4].
Для однофазных выпрямителей рекомендуют разнообразные схемотехнические решения [2], при этом отмечается положительное влияние конденсаторов на перенос металла в дуге [5]. Но сведений об оптималь-
ных схемотехнических решениях и сварочнотехнологических свойствах выпрямителей с конденсаторным умножителем напряжения мало [5]. Успешно работающие выпрямители ВС-600 российского и украинского производства являются простейшими по устройству, но эти источники не обеспечивают формирование швов при токе менее 50 А, и зажигание осуществляется с нескольких касаний изделия вылетом.
В данной работе сравнивались сварочные свойства выпрямителя ВС-600 (г. Каховка) и двухфазного выпрямителя. Для умножения напряжения применялись электролитические конденсаторы емкостью 2 000 мкФ. Индуктивность дросселя со ступенчатым регулированием составляла 0,5-1,2 мГн. При питании выпрямителя с конденсаторным умножителем напряжением 380 В от двух фаз возможно увеличение сварочного тока до 300-400 А без перегрузки питающей сети, но напряжение холостого хода в сравнении с однофазным питанием увеличивается не в 2,82, а в 2 раза [1].
