CC BY
10УДК 532.614
Дохов М. П. Dokhov M. P.
СМАЧИВАНИЕ ВОЛЬФРАМА И МОЛИБДЕНА ЖИДКОЙ СУРЬМОЙ И РАСЧЕТ ИХ МЕЖФАЗНЫХ ЭНЕРГИЙ
WETTABILITY OF SOLIDS TUNGSTEN AND MOLIBDENIUM BY MELTED STIBIUM AND THE CALCULATION OF THEIR INTERFACIAL ENERGIES.
В статье, используя экспериментальные значения углов смачивания, имеющиеся в литературе, проведены вычисления межфазных энергий между твердыми молибденом и вольфрамом и жидкой сурьмой. Показано, что учет температуры, при которой измерен краевой угол, вносит в величину межфазной энергии существенный вклад.
Ключевые слова: краевой угол, поверхностная энергия, межфазная энергия, молибден, вольфрам, сурьма.
Using the experimental values of wetting angles, available in the literature, calculations of the interfacial energy between solid molybdenum and tungsten and liquid stibium. Are provided in this article it is shown that taking into account the temperature at which the contact angle is measured contributes to the value of the interfacial energy of a significant contribution.
Key words: boundary angle, surface energy, interfacial energy, molybdenum, tungsten, stibium.
Дохов Магомед Пашевич -
доктор технических наук, профессор кафедры технической механики и физики, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик Тел.: 8 928 916 71 42
Dokhov Magomed Pashevich -
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Technical Mechanics and Physics, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik Тел.: 8 928 916 71 42
Введение. В некоторых электронных приборах в качестве одного из компонентов фотокатода используется сурьма, так как соединение её с щелочными металлами обеспечивает высокий квантовый выход фотоэлектронов.
В современных приборах чаще всего применяют точечные распылители, представляющие собой шарики, закрепленные на проволочной подложке.
С целью создания надежно работающих приборов авторы [1] проводили измерение краевых углов ©, образуемых сурьмой на поверхностях вольфрама и молибдена. Выбор в качестве подложек этих металлов авторы объяснили необходимостью разработки технологии изготовления испарителей.
В результате своих опытов авторы установили, что сурьма смачивает вольфрам и молибден в атмосфере сухого водорода при температуре 1123К: ©=57° на поверхности вольфрама и ©=46° на поверхности молибдена.
Для расчетов межфазной энергии отж нами использованы поверхностные энергии твердых металлов отп ,измеренные высокоточным компенсационным методом «нулевой ползучести»^ работе [2]: отп^)=2670мДж/м2, Отп(Мо)=2620мДж/м2 - при их температурах плавления. Температурные коэффициенты поверхностных энергий твердых металлов Аотп/АТ заимствованы также из работы [2]: Аота/АТ ^)=0,17 мДж/( м2 К), Аотп/АТ (Мо)=0,18 мДж/( м2 К).
Известия Кабардино-Балкарского ГАУ - № 2(24), 2019
Температуры плавления (Тпл) твердых вольфрама и молибдена равны соответственно: 3668К и 2893К [3].
Методика проведения расчетов. В качестве примера проведем процедуру расчета отп вольфрама при температуре, при которой измерен краевой угол © сурьмы на поверхности вольфрама по формуле:
Отп = 0Тп (пл) + (Т пл -Т изм) • Ао™^ (1)
В формуле (1) учтено, что температурный коэффициент - отрицательный. Подставляя в (1) численные значения величин, получим
ОтЛЖ)=2670+ (3668-1123) • 0,17=3103мДж/м2.
Здесь и в дальнейших расчетах результаты округлены до целых чисел.
Теперь вычислим межфазную энергию между расплавом сурьмы и твердым вольфрамом. Для этого необходимо иметь величину поверхностной энергии расплавленной сурьмы.
В качестве поверхностной энергии расплавленной сурьмы ожп при температуре плавления в расчетах межфазной энергии нами выбрано значение ожп=400 мДж/м , измеренное нами с соавторами [4]. Измерение ожп сурьмы проводилось в кварцевом приборе в вакууме 10-6 Тор (чистота сурьмы составляла 99,9999%) производства Гиредмета. Для приведения ожп к температуре, при которой измерены краевые углы, нами также использовано усредненное значение Аожп/АТ=0,055мДж/(м2К), взятое из [5].
Для вычисления межфазной энергии между твердым вольфрамом и сурьмой воспользуемся уравнением Юнга:
Отж = О тп - О жп ^ ©. (2)
Подставляя в (2) численные значения величин, получим:
о тж ^)=3103-378 0,5446=2897Дж/м2, (3)
Соответствующий расчет отп - молибдена дает следующий результат
Отп (Мо)=2620+(2893 -1123)0,18=
= 2939 мДж/м2. ( )
Аналогично для отж между расплавом сурьмы и твердым молибденом, получим:
Отж = 2939-378 ^46°=
(5)
= 2939-378 0,6947=2676 мДж/м2.
Нами также рассчитаны работы адгезии изученных систем. Для расчетов использовали два известных соотношения:
Отп + О жп - О тж, (6)
О жп • (1+^ ©). (7)
Обе формулы дают одинаковые результаты для одной и той же системы:
W а ^)=584 мДж/м2, (8)
W А (Мо)=641 мДж/м2. (9)
Результаты и их обсуждение. За последние 40-50 лет в литературе по межфазным явлениям накоплен большой объем экспериментальных данных, требующих теоретического обоснования. К ним можно отнести и межфазную энергию на границе «твердое тело - жидкость» (расплав). Прямого экспериментального метода измерения этой величины не существует. Единственным способом её определения является расчет этой величины. Цель настоящей работы: восполнить этот пробел. Эта статья является продолжением нашей работы [6]. Исследованные нами тугоплавкие металлы могут применяться для улучшения свойств сплавов как добавки к ним при изготовлении различных изделий, используемых в сельскохозяйственной технике.
Выводы. 1. Проведены вычисления поверхностных энергий твердых вольфрама и молибдена при температурах, при которых измерены краевые углы сурьмы на поверхностях твердых вольфрама и молибдена.
2. Рассчитаны межфазные энергии твердых тугоплавких металлов на границе с расплавом сурьмы.
3. Вычислены также работы адгезии исследованных систем.
4. Полученные результаты подтвердили утверждение о том, что при краевом угле ©<п/2 межфазная энергия о тж< отп., а при © большем л/2 о тж больше отп
Литература
1. Натапова Р.И., Казакевич З.А., Жемчужина Е.А., Тарасова А.Б. Смачивание тугоплавких металлов расплавами теллура, сурьмы и их сплавов // Физическая химия границ раздела контактирующих фаз. Киев: Наук. думка. 1976. С. 112-117.
2. Хоконов Х.Б., Таова Т.М., Шебзухо-ва И.Г., Кумыков В.К., Алчагиров Б.Б. Поверхностные энергия и натяжение металлов и двойных металлических сплавов в твердом состоянии // Труды международного и междисциплинарного симпозиума «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» Нальчик - Ростов-на-Дону-Грозный-Шепси. 2018. Т. 8. С. 5-20.
3. Энциклопедия неорганических материалов. Киев, 1977. Т. 1. 840 с. Т. 2. 816 с.
4. Дохов М.П., Кипов И.Г., Афаунов М.Х., Понежев М.Х. Влияние добавок серы на поверхностное натяжение сурьмы // Научные сообщения III Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов. Исследования шлаковых расплавов. Свердловск, 1977. Ч. 3. С. 48-50.
5. Ниженко В.И., Флока Л.И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов (одно- двухкомпонентные системы). М.: Металлургия, 1981. 208 с.
6. Дохов М.П. Смачивание молибдена и вольфрама жидкими индием, теллуром и расчет их межфазных энергий // Известия Кабардино-Балкарского ГАУ. 2018. Т. 8. №3. С. 17-20.
References
1. Natapova R.I., Kazakevich Z.A., ZHem-chuzhina E.A., Tarasova A.B. Smachivanie tu-goplavkih metallov rasplavami tellura, sur'my i ih splavov // Fizicheskaya himiya granic razdela kontaktiruyushchih faz. Kiev: Nauk. dumka. 1976. S. 112-117.
2. Hokonov H.B., Taova T.M., SHebzuho-va I.G., Kumykov V.K., Alchagirov B.B. Po-verhnostnye energiya i natyazhenie metallov i dvojnyh metallicheskih splavov v tverdom sostoyanii // Trudy mezhdunarodnogo i mezh-disciplinarnogo simpoziuma «Fizika poverh-nostnyh yavlenij, mezhfaznyh granic i fazovye perekhody» Nal'chik - Rostov-na-Donu-Groznyj-SHepsi. 2018. T. 8. S. 5-20.
3. Enciklopediya neorganicheskih materia-lov. Kiev, 1977. T. 1. 840 s. T. 2. 816 s.
4. Dohov M.P., Kipov I.G., Afaunov M.H., Ponezhev M.H. Vliyanie dobavok sery na po-verhnostnoe natyazhenie sur'my // Nauchnye soobshcheniya III Vsesoyuznoj konferencii po stroeniyu i svojstvam metallicheskih i shla-kovyh rasplavov. Issledovaniya shlakovyh rasplavov. Sverdlovsk, 1977. Ch. 3. S. 48-50.
5. Nizhenko V.I., Floka L.I. Poverhnostnoe natyazhenie zhidkih metallov i splavov (odno -dvuhkomponentnye sistemy). M.: Metallurgiya, 1981. 208 s.
6. Dohov M.P. Smachivanie molibdena i vol'frama zhidkimi indiem, tellurom i raschet ih mezhfaznyh energij // Izvestiya Kabardino-Balkarskogo GAU. 2018. T. 8. №3. S. 17-20.
