Прочность и электропроводность вакуумных псевдосплавов Cu-Ta Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.187.001.2

ПРОЧНОСТЬ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ВАКУУМНЫХ ПСЕВДОСПЛАВОВ Си-Та

© А.И. Зубков, Е.В. Луценко, Г.И. Зеленская

Ключевые слова: вакуумные конденсаты на основе меди; прочность; электропроводность; псевдосплавы. Исследованы прочность и электропроводность вакуумных псевдосплавов Cu-Ta, полученных в разных технологических условиях и после термической обработки. Показано, что вакуумные псевдосплавы Cu-Ta по сочетанию прочности и электропроводности превосходят существующие сплавы и композиционные материалы на основе меди.

Для сплавов и композиционных материалов на основе меди сочетание высоких прочностных и проводящих свойств, а также их стабильность в широком температурном интервале являются основными факторами, определяющими области их применения. В этом плане возможности вакуумно-плазменных технологий, позволяющих получать пленки, фольги, покрытия любого состава с широким спектром структурных состояний, являются перспективными и далеко не исчерпанными. В этой связи целью настоящей работы является изучение прочности и электропроводности фольг вакуумных псевдосплавов Cu-Ta, полученных PVD методом. Особенностью бинарной системы Cu-Ta является отсутствие взаимной растворимости и химических соединений в равновесных условиях.

Объектами исследований служили отделенные от неориентирующих подложек конденсаты Cu-Ta толщиной до 50 мкм, полученные в разных технологических условиях. Содержание Та варьировали в диапазоне от 0,1 до 5 ат %. Исследовали образцы как в исходном конденсированном состоянии, так и после отжигов, проводимых при температурах выше 500 °С. Измеряли удельное электросопротивление, микротвердость и прочностные характеристики в режиме активного растяжения при комнатной температуре.

На рис. 1 и 2 представлены концентрационные зависимости указанных параметров. Видно, что снижение температуры подложки (Тп) способствует повышению микротвердости (Н, рис. 1), временного предела прочности (ов, рис. 2) и удельного электро-сопротивления (р, рис. 2). Отметим, что максимальное значение ав достигается при низкой температуре подложки и содержании Та около 0,5 ат. % (рис. 2). Это связано с резким снижением размера зерна медной матрицы, формированием пересыщенного раствора Та в ГЦК решетке меди и частиц ОЦК Та в объеме псевдосплава [1, 2]. При этом временный предел прочности достигает 1000 МПа (рис. 1) при электропроводности, составляющей примерно 30 % от чистой меди (рис. 2, 3). Такие металлы относят к группе высокопрочных и низкопроводных сплавов на основе меди (рис. 3).

Уменьшение удельного электросопротивления при сохранении относительно высокой прочности достигается увеличением температуры подложки при получении псевдосплавов или отжигами при температурах

выше 500 °С. Это связано с распадом аномального пересыщенного раствора тантала в кристаллической решетке меди и реализацией в определенных условиях пика дисперсионного твердения [3]. В результате при временном пределе прочности, составляющем примерно 700 МПа, вакуумные псевдосплавы Си-Та имеют электропроводность, составляющую примерно 70 % от чистой меди. Такие металлы относят к группе высокопрочных и электропроводных сплавов на основе меди (рис. 3).

Н, МПа

3500

0.5 1

1,5

2,5 3 С, ат% Та

Рис. 1. Зависимость микротвердости от содержания Та.

Тп1 < Тп2 < Тп3

Рис. 2. Зависимость электросопротивления и временного предела прочности от содержания тантала, Тп\ < Тп2 < Тпз

1771

о, Мпа

Рис. 3. Взаимосвязь прочности и проводимости сплавов и композиционных материалов на основе меди

Таким образом, варьируя технологические условия получения и режимы последующей термической обработки, можно в широких пределах изменять прочностные и проводящие свойства вакуумных псевдосплавов Си-Та, которые по своему сочетанию превосходят существующие сплавы и композиционные материалы на основе меди.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зубков А.И., Охотская А.В. Диспергирование зеренной структуры фольг нанокомпозитов на основе меди // Актуальные проблемы прочности: материалы 47 Междунар. конф. Н. Новгород, 2008. Ч. 2. С. 27-29.

2. Зубков А.И., Ильинский А.И., Зозуля Э.В., Зеленская Г.И., Бублик Е.С. О зависимости типа Холла-Петча в нанокомпозитах на основе меди // Актуальные проблемы прочности: материалы 47 Междунар. конф. Н. Новгород, 2008. Ч. 2. С. 25-26.

3. Зубков А.И., Ильинский А.И., Субботин А.В. О старении субмик-рокристаллических сплавов меди с тугоплавкими металлами // Актуальные проблемы нанокристаллических материалов: наука и технология: тез. докл. 9 Междунар. семинара ДСМСМС-2002. Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2002. С. 50.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Zubkov A.I., Lutsenko E.V., Zelenskaya G.I. DURABILITY AND CONDUCTIVITY OF VACUUM Cu-Ta PSEUDOALLOYS

Durability and conductivity of vacuum pseudo-alloys of CuTa received in different technological conditions and after heat treatment are investigated. It is shown that vacuum pseudoalloys of Cu-Ta out-perform existing alloys and composite materials in a combination of durability and conductivity on the basis of copper.

Key words: copper vacuum condensates; durability; conductivity; pseudo-alloys.

УДК 539.3

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РЕАНИМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ДЕФЕКТНЫХ ПРОВОДНИКАХ

© А.В. Лановая, В.М. Иванов, В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова

Ключевые слова: структурные дефекты; концентрация энергии; механизм залечивания; электромагнитное поле. Получены результаты залечивания дефектов с целью восстановления сплошности металлов. Установлено, что наложение на активируемую током зону внешнего магнитного поля приводит к залечиванию краевых трещин.

Работа сильноточного оборудования в машиностроении, также как и эксплуатация элементов и систем радиоэлектроники и микропроцессорной техники, зависят от состояния электро-магнитопроводов, которые в большинстве случаев изготавливают из металлов. Независимо от способов изготовления проводников в них накапливаются микро- и макродефекты различной геометрии. Восстановление сплошности металлов или их реанимация путем залечивания трещин остается актуальной задачей.

Рассмотрим математическую модель механизма залечивания. Задача решается наложением на расплавленную током зону внешнего магнитного поля, превышающего по напряженности поле тока. Процесс залечивания возможен до тех пор, пока существуют расплав в устье трещины и внешнее магнитное поле. Цилиндрический объем Ут расплавленного металла определяется толщиной пластины и поверхностью выплавления при образовании сквозного отверстия радиусом Я и равен объему залеченного участка Уз трещины [1].

При раскрытии трещины Д, толщине пластины h, длине залечивания 1 з и длине трещины 1:

F = nR 2h =

2, nj 4а3і3

а2х2 L2

(1)

Сформированный объем жидкого металла должен быть равен объему залечившегося участка трещины:

V3 = М3h .

(2)

Из равенства (1) и (2) находим длину залеченной трещины:

h

1772