Структурообразование в системе вольфрам-медь при сварке взрывом Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Таблица 2

Основные характеристики объектива камеры сопровождения

Диаметр, мм 320

Фокусное расстояние, мм 2 600

Поле зрения, градусы 0,3

Рабочие длины волн, нм 450-650

Диаметр пятна рассеяния, мм

в центре поля 0,009

на краю поля 0,01

Принцип работы рассчитанной системы следующий. Лазерный импульс, испускаемый лазерным источником (ЛИ), отражается от диагонального зеркала Д1 и проходит через расширитель лазерного пучка, увеличивается в диаметре и направляется в сторону спутника.

После отражения от спутника эхо-сигнал принимается этой же оптической системой в обратном ходе лучей. На выходе из расширителя эхо-сигнал, пройдя через фильтрующий элемент (ФЭ), регистрируется. В то же время фильтрующий элемент, расположенный под углом 45°, отражает остальное оптическое излучение в сторону объектива камеры сопровождения (ОКС), которая строит изображение в фокальной плоскости (Б).

Таким образом, рассчитанный объектив позволяет использовать его одновременно как расширитель лазерного пучка, приемную оптику для регистрации эхо-сигналов и камеру для визуального сопровождения спутников в оптическом диапазоне.

Библиографические ссылки

1. Козинцев В. И., Белов М. Л., Орлов В. М. Основы импульсной лазерной локации. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2010. 571 с.

2. Лазерные приборы и методы измерения дальности / В. Б. Бокшанский, Д. А. Бондаренко,

М. В. Вязовых и др. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012. 92 с.

3. Лазерная дальнометрия / Л. А. Аснис, В. П. Васильев, В. Б. Волконский и др. М. : Радио и связь, 1995. 256 с.

4. Четырехосный полуавтоматический спутниковый лазерный дальномер ЛД-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Рига, 1983.

5. Лазерный дальномер «Сажень-ТМ-Д» // Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» [Электронный ресурс]. URL: http://www.npk-spp.ru/deyatelnost/lazernaya-set/ 115-2009-04-13-11-00-28. html (дата обращения: 15.09.2015).

References

1. Kozincev V. I., Belov M. L., Orlov V. M. Osnovy impul'snoj lazernoj lokacii [Bases of a laser location]. M. : Izd-vo MGTU im. N. Je. Baumana. 2010. 571 s.

2. Lazernye pribory i metody izmerenija dal'nosti [Laser devices and methods of measurement of range] / V. B. Bokshanskij, D. A. Bondarenko, M. V. Vjazovyh i dr. M. : Izd-vo MGTU im. N. Je. Baumana, 2012. 92 s.

3. Lazernaja dal'nometrija [Laser distances measurement] / L. A. Asnis, V. P. Vasil'ev, V. B. Vol-konskij i dr. M. : Radio i svjaz', 1995. 256 s.

4. Chetyrehosnyj poluavtomaticheskij sputnikovyj lazernyj dal'nomer LD-2 [Semi-automatic satellite laser range finder of LD-2]. Tehnicheskoe opisanie i instrukcija po jekspluatacii. Riga, 1983.

5. Lazernyj dal'nomer "Sazhen'-TM-D" [Laser ranger Sazhen'-TM-D] // Nauchno-proizvodstvennaja korporacija «Sistemy precizionnogo priborostroenija» : sajt 2015. URL: http://www.npk-spp.ru/deyatelnost/ lazernaya-set/115-2009-04-13-11-00-28.html (data obrashhenija: 15.09.2015)

© Лапухин Е. Г., Владимиров В. М., Границкий Л. В., 2015

УДК 539.213.536

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В СИСТЕМЕ ВОЛЬФРАМ-МЕДЬ ПРИ СВАРКЕ ВЗРЫВОМ

М. Б. Лесков1, И. В. Немцев1, Р. Б. Абылкалыкова2, Л. И. Квеглис1

1 Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79

2Восточно-Казахстанский государственный университет им. С. Аманжолова Республика Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Казахстан, 55 E-mail: [email protected]

Исследованы процессы структурообразования на границе раздела практически нерастворимых друг в друге компонентов вольфрама и меди при сварке взрывом.

Ключевые слова: структурообразование, твердофазная реакция, механохимическая реакция, сварка взрывом.

Решетнеескцие чтения. 2015

STRUCTURE FORMATION IN THE SYSTEM OF TUNGSTEN-COPPER AT WELDING EXPLOSION

M. B. Leskov1, I. V. Nemtzev1, R. B. Abylkalykova2, L. I. Kveglis1

1 Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation 2S. Amanzholov East Kazakhstan State University 55, Kazahstan Str., Ust-Kamenogorsk, 070004, Republic of Kazakhstan. E-mail: [email protected]

The research investigates the processes of structure formation at the interface is copper and tungsten components practically insoluble in each other during welding explosion.

Keywords: structure formation, solid-phase reaction, the mechanochemical reaction, explosion welding.

Введение. В настоящее время активно исследуются твердофазные превращения, которые могут иметь место при пластической деформации. Механическое воздействие формирует продукты механохимических реакций в зоне контакта разнородных металлов. Высокие скорости физико-химических превращений инициируются нелинейными волнами локализованной пластической деформации [1], т. е. волны пластической деформации переносят энергию и массу [2]. Для образования новых фаз в статических экспериментах требуется время (секунды, минуты, часы и более). При динамических нагрузках эти процессы завершаются за время порядка 10-5...10-7 с [3]. Размеры частиц новой фазы могут достигать десятых долей миллиметров и более [4]. При этом новая фаза, как правило, является неравновесной.

Особый интерес представляют структурно-фазовые превращения в зоне контакта разнородных металлов, подвергнутых совместной пластической деформации. Явления взаимного растворения практически нерастворимых металлов в зоне их контакта при совместной пластической деформации, представляют научный и практический интерес как явления аномально быстрой миграции атомов.

Исследования процессов структурообразования в зоне контакта разнородных металлов важны для электротехнической промышленности, а также при создании многослойных композиционных материалов для машиностроительного оборудования.

Вольфрамовая медь сочетает в себе лучшие свойства вольфрама и пластичность красной меди, превосходную электропроводимость, проходит формовку изостатическим прессом, высокотемпературную агломерацию. Особенности комплексных материалов, получаемых при помощи технологии фильтрации меди: хорошая проводимость тока и тепла, небольшое увеличение при нагревании, не размягчается при высокой температуре контактной сварки, сочетает в себе свойства вольфрама и меди, устойчива к воздействию высоких температур, устойчива к воздействию электрической дуги, имеет высокую прочность, хорошо проводит электрический ток и тепло, легко обрабатывать и нарезать и т. д. Благодаря высокой прочности вольфрама, высокой точке плавления, антиадгезии часто используется для высокотемпературной сварки и т. д.

Эффективным инструментом для создания биметаллических соединений является давление. С помощью давления может быть соединено большинство

металлов и сплавов. В случае соединения разнородных металлов степень деформирования со стороны мягкого металла увеличивается во столько раз, во сколько ниже его твердость. Величины необходимых пластических деформаций для соединения некоторых пар разнородных металлов даны С. Б. Айнбиндером и представлены в [5].

Несмотря на большой теоретический и экспериментальный материал, накопленный в области соединения разнородных металлов, проблеме соединения меди с вольфрамом не уделялось достаточного внимания. Доказано, что на развитие структурной неоднородности в зоне соединения значительное влияние оказывает степень совместной пластической деформации соединяемых металлов [6].

Задачей работы было исследовать особенности процессов структурообразования в зоне контакта меди и вольфрама при сварке взрывом.

Экспериментальные исследования проводились с использованием аналитического и испытательного оборудования центра коллективного пользования Красноярского научного центра СО РАН. Сварка взрывом осуществлялась в Институте гидродинамики им. Лаврентьева СО РАН.

Материалы и методика эксперимента. Исследуемые образцы были изготовлены следующим образом: чередованием пластинок из меди и вольфрама (чистотой 99,96 %) одинакового размера (10*5 мм). Полученный вольфрамомедный образец был подвергнут сварке взрывом. В результате сварки взрывом произошла механохимическая реакция, в результате которой пластинки вольфрама и меди прочно связались между собой. Для исследования структурообра-зования в зоне сварки был вырезан темплет с торца образца.

Согласно [7] медь и вольфрам не взаимодействуют ни в твердом, ни в жидком состояниях.

Несмотря на широкую известность и распространенность применения вольфрамомедных композиционных материалов, работы по усовершенствованию технологии изготовления этих материалов продолжаются до настоящего времени. Проблема заключается в незначительной растворимости компонентов в системе W-Cu [7], вследствие чего непосредственным механическим смешиванием исходных металлов с применением как твердофазного, так и жидкофазного спекания прессованных деталей невозможно получить высокоплотные изделия из смесей, содержащих менее 30-40 % (об.) Си [8; 9].

в г

Электронно-микроскопические изображения профиля разреза сваренного многослойного соединения Cu-W (а-в) и картирование зоны разрыва сварного шва (г)

Рисунок (а-в) иллюстрирует электронно-микроскопические изображения в сканирующем микроскопе ТМ3000 профиля разреза сваренного многослойного соединения Cu-W при различных увеличениях, а на рисунке, г показаны результаты картирования.

На приведенном рисунке отчетливо видны чередующиеся полосы - зоны швов. Результаты расшифровки дифракционных картин, полученных из зоны прохождения реакции показывают, что произошло образование твердого раствора замещения меди в вольфраме, и наоборот - вольфрама в меди.

Взаимодействие меди с вольфрамом в условиях сварки взрывом привело к существенному повышению растворимости вольфрама в меди и меди в вольфраме.

Как было отмечено выше, несмотря на плохую растворимость вольфрама и меди друг в друге, нами показана возможность образования новых фаз в экстремальных условиях за счет большой подвижности атомов меди и вольфрама в зоне сварки.

Согласно [1] наименьшую сдвиговую устойчивость в нагруженном твердом теле имеет его поверхностный слой. Поэтому первичные сдвиги зарождаются на поверхности, генерируя в объем материала все виды деформационных дефектов. На рисунке, г видны островки новой интерметаллидной фазы.

Любая фаза с кристаллической структурой имеет дискретные межатомные расстояния и углы между направлениями химических связей, характерные только для этой фазы. Для получения новой фазы необходимы небольшие изменения межатомных расстояний, а также углов между ними, что обеспечивает минимальную энергию образования продукта реак-

ции. Такие изменения межатомных расстояний и углов могут быть реализованы по схеме «сдвиг-поворот» [1]. При этом создаются междоузельные бифуркационные структурные состояния благодаря новым разрешенным энергетическим состояниям на кривой зависимости потенциала Гиббса от межатомного расстояния [1]. Пластическая деформация, создающая как трансляционные, так и ротационные сдвиги, приводит к переключению химических связей. Возникшая при этом комбинация атомов может стать зародышем новой фазы, если она хорошо геометрически адаптирована к исходной матрице. Все другие возможности не реализуются в продукте реакции.

Таким образом, обнаружено, что при взаимодействии твердофазных образцов вольфрама и меди, подвергнутых сварке взрывом, могут формироваться продукты механохимических реакций, имеющих структуру, отличную от структуры исходных компонентов.

Библиографические ссылки

1. Панин В. Е., Егорушкин В. Е. Солитоны кривизны как обобщенные волновые структурные носители пластической деформации и разрушения // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16, № 3. С. 7-26.

2. Болдырев В. В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических веществ / В. В. Болдырев. Новосибирск, 1983. 65 с.

3. Барамбойм Н. К. Механохимия полимеров. М. : Ростехиздат, 1961. 250 с.

4. Кутепов А. М. Вакуумно-плазменное и плаз-менно-растворное модифицирование полимерных

Решетневские чтения. 2015

материалов / А. М. Кутепов, А. Г. Захаров, А. И. Максимов. М. : Наука, 2004, С. 87-94

5. Айнбиндер С. Б. Холодная сварка металлов. Рига : Изд-во АН ЛатвССР, 1957. 162 с.

6. Пеев А. П. Разработка технологических процессов изготовления сваркой взрывом медно-алюми-ниевых элементов токоподводящих узлов для предприятий энергетики и электрометаллургии : дис. ... канд. техн. наук. Волгоград : ВГТУ, 2001. 145 с.

7. Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. М. : Машиностроение, 1997. Т. 2. 1024 с.

8. Найдич Ю. В. Изучение роли капиллярных явлений в процессе уплотнения при спекании в присутствии жидкой фазы / Ю. В. Найдич, И. А. Лавриненко, В. Н. Еременко // Порошковая металлургия. 1964. № 1. С. 5-11.

9. Gomes U. U. On sintering of W-Cu composite alloys / U. U. Gomes, F. A. da Costa, A. G. P. da Silva // Refractory Metalls & Hard Mater. 2001. № 1. P. 177-189.

References

1. Panin V. E. [Solitons of curvature as generalized wave structure supports plastic deformation and fracture]. Fizicheskaja mezomehanika. 2013, no. 3 (16), p. 7-26. (In Russ.)

2. Boldyrev V. V. Experimentalnye metody v mehonohimii tverdyh neorganicheskih veshestv. [Experimental methods Mechanochemistry of inorganic solids]. Novosibirsk, 1983, 65 p.

3. Baramboym N. K. [Mechanochemistry polymers]. Moscow, Rostehizdat, 1961, 250 p.

4. Kutepov A. M. Vakuumno-plazmennoe i plazmenno-rastvornoe modifitzirovannoe polimernyh materialov. [Vacuum plasma and plasma-solution modification of polymer materials]. Science, 2004, р. 87-94.

5. Ainbinder S. B. [Cold welding of metal]. Riga, Publishing House of Latvian Academy of Sciences, 1957, 162 p.

6. Peev A. P. Razrabotka tehnologicheskih protzessov izgotovlenija svarkoi vzryvom medno-aljuminievyh elementov tokoprovodyashih uzlov dlja predpriyatii energetiki elektrometallurgii. Dis. kand. nauk. [Development of technological processes of manufacture of explosion welding copper and aluminum elements for current-carrying units of power plants and electric metallurgy. Kand. techn. sci. diss]. Volgograd, VGTU Publ., 2001, 145 p.

7. Lyakishev N. P. [The diagrams of binary metallic systems]. Moscow, Mechanical Engineering, 1997, T. 2, 1024 p.

8. Naidich Y. V. [Study of the role of capillary phenomena in the process of densification during sintering in the presence of liquid phase]. Powder metallurgiya. 1964, no 1, p. 5-11. (In Russ.)

9. Gomes U. U. On sintering of W-Cu composite alloys / U. U. Gomes, F. A. da Costa, A. G. P. da Silva // Refractory Metalls & Hard Mater. 2001. 1. P. 177-189.

© Лесков М. Б., Немцев И. В., Абылкалыкова Р. Б., Квеглис Л. И., 2015

УДК 669.713.7

ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ В ТЕЛЛУРИДЕ КАДМИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ

Ю. Ю. Логинов*, А. В. Мозжерин, Н. Н. Паклин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

*E-mail: [email protected]

Теллурид кадмия (CdTe), входящий в класс полупроводниковых материалов A2B6 (солнечные элементы), значимый материал космической техники. Он применяется для создания солнечных батарей, детекторов ионизирующего излучения, фотоприемников. В ближайшей перспективе, при развитии солнечной энергетики в космической технике, он будет крайне необходим ввиду его особенных свойств. Однако при работе в открытом космосе данный материал склонен к деградации из-за эволюции дефектной сети.

Ключевые слова: кадмий теллур, полупроводниковые материалы, облучение электронами.

SIMULATION FEATURES IN FORMING STRUCTURAL DEFECTS IN CADMIUM TELLURIDE

UNDER ELECTRON IRRADIATION

Y. Y. Loginov*, A. V. Mozzherin, N. N. Paklin

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: [email protected]

Cadmium telluride (CdTe) belongs to a class of semiconductor materials A2B6 (solar cells), that is an important space technology material. It is used to create solar cells, ionizing radiation detectors, photodetectors. In a short term,