CC BY
12ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ КОНТАКТНОГО ПЛАВЛЕНИЯ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЕ
(Са+35% вес. РЬ) - Б1 ПОД ВСЕСТОРОНИМ ДАВЛЕНИЕМ.
Малкандуев И.К., Ахкубеков А. А. (rusten@kbsu.ru) Кабардино-Балкарский госуниверситет.
Подавляющее большинство существующих работ по контактному плавлению (КП) относятся к двухкомпонентным системам. Особый интерес для науки и практики представляет изучение КП в многокомпонентных системах т.к. основой для большинства применяемых материалов в технике и микроэлектронике являются многофазные, многокомпонентные сплавы.
В работах [1-3] показано, что в отличии от КП в двухкомпонентных системах в контактной прослойке трехкомпонентных систем могут существовать как жидкая, жидко-твердая, твердо-жидкая зоны, так и их комбинации. Возникновение, рост и расположение указанных зон в контактной прослойке, как оказалось, зависят от внешних факторов: электрического, магнитного и гравитационного полей [4,5].
Впервые, в данной работе исследуются параметры КП - скорость (Укп), температура (Тщ), и структурообразование в трехкомпонентной системе (Cd+35% вес. РЬ) - Bi под всесторонним давлением. Такие исследования могут дать ценные сведения при построении Т-Р-С диаграмм состояний и исследовании формирования фазовых структур контактных прослоек.
Эта система выбрана потому что, с одной стороны контактное плавление в ней достаточно хорошо изучено при атмосферном давлении [1-3], с другой стороны сплавы этой системы находят широкое применение в электронной технике [6].
Как установлено в [1-3] в контактной прослойке изучаемой системы при температуре 115 0С реализуются две зоны - жидкая и жидко-твердая.
Методика проведения контактного плавления под всестороннем давлением описана в работе [7].
Эксперименты показали, что Гкп монотонно растет от 92 0С до 112 0С с повышением давления от атмосферного до 8 кбар.
Скорость контактного плавления уменьшается с повышением давления. В частности, если при атмосферном давлении и температуре опыта 115 0С общая протяженность контактной прослойки б = 1,5* 10-3 м, то при давлении 8 кбар б = 1*10-3 м. Причем перемещение границ: Bi - жидкость - жидко-твердое
- сплав подчиняется параболическому закону: б ~ л/т, где б - протяженность контактной прослойки, т - время опыта. Рост промежуточных зон в контактной прослойке также подчиняется этой закономерности: бж_тв ~ л/т , бжв ~ л/т .
Характерным для данного системы оказалось то, что отношение протяженности жидко-твердой зоны хж-тв к протяженности жидкой зоны хж остается постоянной во всем интервале давлений: хж-тв/хж=1,5. Этот факт еще раз подтверждает диффузионность процесса контактного плавления под давлением.
Как установлено в [1-3] рост контактной прослойки в трехкомпонентной системе зависит от концентрации контактируемых сплавов. Например, при контактном плавлений двойного сплава с образцом из третьего компонента, скорость будет максимальной в том случае, когда в двойном сплаве содержание обеих компонентов примерно одинаковы. Скорость будет убывать при уменьшении содержания одного из компонентов в двойном сплаве.
Структура закристаллизованной жидкой зоны, полученной при атмосферном давлении отличается от аналогичной зоны, полученной под давлением. Это отличие заключается в том, что в зоне полученной под давлением, содержится намного больше дендритов Cd, что говорит о смещении эвтектической точки по концентрации под давлением в сторону большего содержания
На рис.1 приведены структуры жидко-твердых зон системы Вь (Cd+35%вес.Pb), полученных при атмосферном давлении и давлении 8 кбар.
При данной температуре опыта в контактной зоне находятся кристаллики твердого раствора Cd и расплава.
В работах [1-3] говориться о том, что в контактной прослойке в жидко-твердой зоне наблюдается явление укрупнения твердых частиц за счет уменьшения числа этих частиц. Наиболее подробно процесс растворения одних частиц и укрупнения других рассмотрен в [8]. Указывается, что процесс развития жидко-твердой зоны носит сложный характер и предлагается механизм перераспределения вещества в жидко-твердой зоне, обусловленный несоответствием истинных концентраций и удельных объемов сосуществующих фаз.
В [9] получена формула для изменения радиуса сферической частицы со временем ,
<Лг Б Л _ а ^
— = — АС--
dт г ^ г ^
где Б- коэффициент диффузии, АС- С^ - пересыщение,
a
Рис.1. Жидко-твердые зоны в контактных прослойках системы Вь(С + 35% вес. РЬ), полученных:
а) при атмосферном давлении
б) при 8 кбар
б
бтж - межфазное поверхностное натяжение на границе твердая частица-расплав, Уо - атомный объем, С^ - концентрация насыщенного раствора , к- постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура.
Сделан вывод, что при определенном перенасыщении АС, существует критические размер гк-аАС, при котором частица находится в равновесии с расплавом, если г > гк, частица растет, г < гк- растворяется.
Таким образом, можно утверждать, что, если в жидкости имеются твердые частицы находящиеся в равновесии с ним, процесс растворения сопровождается перераспределением вещества между частицами.
Обратимся теперь к рисунку 1. Видно, что структура и размеры твердых частиц в жидко-твердой зоне отличаются друг от друга в зависимости от приложенного давления. Это различие можно объяснить следующим образом. Известно, что в результате пластической деформации, вызванной в поликристаллических веществах давлением, структура этих веществ отличается более дисперсным строением. При появлении, в результате контактного плавления таких веществ под всесторонним давлением жидко-твердой зоны, частицы в этой зоне будут иметь меньшие размеры, чем частицы такой же зоны, полученной при атмосферном давлении.
Далее, так как твердые частицы в контактной прослойке в начале процесса контактного плавления, будут находиться в жидкости дольше, чем в конце процесса, то в соответствии с тем, что АС уменьшается со временем, а гк - возрастает, то число частиц в единице объема раствора на границе жидко-твердая зона - жидкая должно быть меньше, чем у границы твердого сплава (Cd+35% вес. РЬ) с жидко-твердой зоной, что и наблюдается на самом деле.
Литература.
1.Рогов В.И., Ахкубеков А.А., Знаменский О.В., Мещанинов Б.А. Фазовый состав и структура контактных прослоек в трехкомпонентных системах. // Изв. АН СССР, Металлы, 1980, №2, с. 174-178
2.Мещанинов Б.А., Гуров К.П. Особенности контактного плавления в тройной системе с двойной эвтектикой. // Изв. АН СССР, Металлы, 1981, №5, с.210-212
3. Динаев Ю.А., Рогов В.И., Радковский С.Г. Концентрационный треугольник контактного плавления // Сб. Физика межфазных явлений, Нальчик, 1985, с.119-124
4. Аксельрут Е.А., Темукуев И.М., Савинцев П. А. Кинетика контактного плавления в трехкомпонентной системе Bi-Cd-Sn при наличии магнитного поля. - В кн.: Науч. сообщ. 4-й Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов. - Свердловск УНЦ АН СССР, 1980, ч. 2, с. 350-353
5.Ахкубеков А. А., Байсултанов М.М., Савинцев П. А. Влияние электропереноса на структурообразование в металлических расплавах. // Расплавы, 1992, №1, с. 13-18.
6.Знаменский О.В., Мещанинов Б.А., Рогов В.И., Ахкубеков А.А. Способ пайки. - Авт. свид. №94291 6, 1 979 г.
7.Савинцев П.А., Малкандуев И.К., Гаврилов Н.И. Контактно-реактивная пайка систем алюминий-цинк и висмут-олово //Сб. Адгезия расплавов и пайка материалов, Киев, "Наукова думка" , 1979, вып.4, с. 108-111.
8.Гегузин Я.Е., Дзюба А.С., Квитка В.И. Установление равновесного фазового состава в твердо-жидкой зоне бинарного сплава //Металлофизика, 1 988, т. 1, с.97-99
9.Лившиц И.М., Слезов В.В. О кинетике диффузионного распада пересыщенных твердых растворов //Журн. Эксперим. и теорет. физика, 1958, т.35, вып.2, с.479-492.
