НЕГІЗГІ БӨЛІМ.

Металл материалдар мен қоспаларды құру кезінде өлшеу факторларын ескеретін зерттеулердің заманауи жағдайлары

Сұйылтылған орталар физикасының фундаменталды құбылыстары: фазалық айналу, асқын өткізгіштік, ферромагниттілік және т.б. байланыста болатын атомдардың ұжымдық ара-қатынастарының нәтижесі болып табылады[13]. Ұжымдық қасиеттер атомдардың белгілі бір минималды мөлшерінің бірігуінде пайда бола бастайды. Соңғы жылдары физикалық материалтану облысында кристаллдарының өлшемі 1-100 нм аймағында тербелетін наноқұрамы бар [14,15], аса кішкентай кристалды материалдардың ерекше класын зерттеуге көп көңіл бөлінген. Электрлі, магнитті, оптикалық, жылулық, механикалық және басқа нанокристалды материалдардың қасиеттерінің бірегей үйлесімдері анықталған.

Нанокристалды құрамы бар материалдарды алудың бір әдісі металдарды ионды-плазмалық тозаңдандыру және келесіде аралдық қабықшалар түріндегі төсемінде тұндыру. Жұқа металл қабықшалар аса әртүрлі физикалық қасиеттері бар объекттер болып табылады, әрі олардың қасиеттері массивті үлгілер қасиеттерінен ғана ерекшеленіп қоймай, сонымен қатар құрылу әдісі мен шарттарына байланысты да өзгешеліктері болу мүмкін [16]. Аралдық қабықшалар беттік энергиясы көлемдік құрамасымен салыстырғанда жиынтық бойынша басым ультрадисперсті жүйелер болып табылады. Осы байланыста өлшемдері белгілі бір шектіден кіші болатын аралдық қабықшадағы бөлшектер термофлуктационды балқу салдарынан қатты және сұйық күйлерінің арасындағы белгілі бір шекте болуы мүмкін [5]. Өлшемдік факторлар салдарынан балқу температурасының төмендеуі құйындының қасиеттерін алу мен өзгертуін жүзеге асыратын, әсіресе жоғары балқу температурасына (ниобий негізінде) ие металлдардан және олардан жасалған материалдардан жаңа технологияларын құруға мүмкіндік береді.

Таза металлдардың кіші бөлшектерінің балқыту температурасының төмендеуі жайлы бірінші деректер өткен жүз жылдықтың 40-шы жылдарына жатады. Векшинским С.А. [17] арқылы вакуумдегі өңделген кварцты төсеуінде булы фазадан жасалған, конденсациялау арқылы алынған, айнымалы жуандықты (3мкм-ден бастап) таза мыстың жұқа қабықшасын оптикалық әдіспен зерттеуі арқылы мыстың балқу температурасынан «алыс» температурамен қабықшаның жұқарырақ бөліктерінде сфералық кристаллиттердің құрылуы анықталған.Автордың ойынша, бұл сұйық күйіндегі қабықшаның жеке тамшыларға бөлінуінің және көршілес кіші кристаллдарды сіңіру арқылы едәуір өскен жеке кристаллдардың балқуының салдарынан емес, ал қабықшаның өсіп жатқан аралдарында олардың аз өлшемінде термофлуктационды балқу барысындағы сыртқы керіліс күшінің жұмысының салдары болып табылады.

1953 ж. дейінгі тәжірбиелік жұмыстар шолуында (негізінен оптикалық микроскопке қарау арқылы) кіші оқшауланған металл тамшыларының тоңазытылуы өлшенген, диаметрі 1-5 мкм тамшыларынының кристалдану температурасын анықтауда р[22] сканирлеу калориметрия әдісі қолданылған, алайда бұл әдіс арқылы анықталған тоңазытылу мәндері деректерден едәуір асып өтеді[19-21]. Көрсетілген жұмыстардан алынған мәліметтер [5, C.124] біріктірілген және өлшемі 2-100 мкм тұрақты температурамен салқындатылған кесте 1 келтірілген, жұмыста орындалған [18]. Авторлар [19-20] осы әдіс арқылы металлдың көп мөлшерін кристалдану температурасын өлшеулер жүрзізген.

Кесте 1- диаметрі 1-100 мкм кіші металл тамшыларының максималды салқындатылуы

Металл	Үлгілердің массаларының балқу температурасы, К	Салқындатылу (DТ), К
[18-19]	[20]	[21]	[22,23]	[24]
Сынап			-	-	-
Галлий a			-	-	-	-
Галлий β		-	-	-
Индий		-	-	-	-
Қалайы				-
Висмут				-
Қорғасын			-	-	-
Сүрме			-	-	-	-
Алюминий			-	-	-	-
Германий			-	-	-	-
Күміс			-	-	-	-
Алтын			-	-	-	-
Мыс			-	-	-	-
Марганец			-	-	-	-
Никель			-		-	-
Кобальт			-		-	-
Темір				-	-	-
Палладий			-	-	-	-
Платина			-	-	-	-

Кешірек металлдардың кіші бөлшектерінің өлшемінің азаюы арқылы балқу температурасын төмендету әсеріне көптеген зерттеулер жүргізілді.

Әрі зерттеу объектісі ретінде көбінесе тез балқитын металлдар: қалайы, қорғасын, висмут, индий, галий, сынап және т.б. және олардың қорытпалары болды.

Жданов Гл.С. және Верцнер В.Н. [25] сынаптың салқындатылған көмір қабықшаларында конденсациялау процесін электронды-микроскопиялы зерттеу барысында 190 - 125 К температура аралығында сынаптың конденсатта сұйық тамшылар түрінде болғаны анықталған, 2-5 нм өлшемді тамшылар кристалдануы анықталмаған. Кристалдану бөлшектердің өлшемдері 10-15 нм жеткенге дейін жалғасады. Осылайша, өлшемдік фактор салдарынан эксперименталды дәлелденген балқу температурасының төмендеуі 109 К тең болды.

Галлийга қолданылған кішкентай металл бөлшектерде кристалл-сұйық өтуін электронграфикалық зерттеу барысында [26,27] радиустары 5 нм болатын бөлшектер сұйық күйінде сұйық азот температурасына дейін болғаны анықталған, балқу температурасының төмендеуі 225 К тең болды.

Авторлар [28] әлсіз сәуледе индийдің жұқа сұйылтынған қабаттарындағы фазалық ауысуларды қарастыра отырып, үлгілерді электронды-микроскоптық зерттеу барысында, аморфты көмір төсемінде булы фазадан конденсациялау арқылы индийдің жұқа қабатын құруға кинофильм түсірді. Дифракционды суретті 0,01 с өткізу қабілеті бар қуыс алдымен өтетін кинопленкаға түсірді. Процестің бастапқы кезеңінде 20-100 ^оС температурада сұйық бөлшектердің пайда болуы бақыланды. Тамшы (аралшық) қабаты өскен сайын, будың конденсациясы және коалесценциясының нәтижесінен сынды өлшемдерге жеткендер қатты фазаға өтті. Қатты бөлшектің өлшемі сынды өлшемнен үлкен болған жағдайда, қатты бөлшектің және сұйық тамшының коалесценциясы тек қатты кристаллиттің пайда болуымен ерекшеленеді. Зерттеу нәтижесінде, егер пайда болған бөлшектің өлшемі 2,63 d _крит мәнінен аспаса, сыртқы әсерлер кристаллит материалының кейбір бөліктерін сұйық жағдайға ауыстыратыны көрсетілді _.

10-40 нм шамасында болатын ықтимал өлшемді және сынды қалыңдыққа жетпеген индий үлдірін электронографты зерттеу [29] кезінде балқу қатаң түрде нақты темперетаруда емес, кейбір интервал аралықтарында болатыны анықталды. Бір уақытта сұйық және кристаллды фазасы болатыны белгіленді. Индийдің ұсақ бөлшектерінің балқу температурасының төмендеуі гиперболамен жақсы сипатталады.

(1)

Мұндағы:

L – бөлшек өлшемі.

10 нм өлшемді бөлшектің балқу температурасының төмендеуі 90 К жетеді, ал беткі энергияның есептік шамасы 0,11±0,02 Дж×м^-2.

Қорғасынның, қалайының және висмуттың балқу температурасына өлшем факторының әсер етуін Takagi M анықтады. [30] Фазалық көшуді электронографты зерттеу кезінде жұқа үлбірлерде сұйық-кристалды байқады. Балқу температурасын кристалдық күйге тән рефлекстредің дифрактограммада жоғалуы бойынша анықтаған. 5 нм өлшемді бөлшектердің балқу температурасының төмендеуі сәйкесінше 41 К, 30 К және 23 К тең болды. Қорғасын үлбірінің 50нм қалыңдығында балқу температурасының төмендеуі 7 К-ге тең. Бөлшектер өлшемін үлбірлердің орташа қалыңдығына тең деп алынған.

Сәйкес әдістеме жоғарғы дисперсті оңаша кристаллиттер түріндегі қалайы мен висмуттың [31] жұқа конденсацияланған қабаттарын балқу температурасының зерттеу кезінде қолданған. Төсеме жазықтығындағы бөлшектердің орташа өлшемін интерференциялық максимумдардың жарты ені бойынша анықтаған. Балқу температурасы кристаллиттер өлшемдерінің функциясы екендігі белгілі болды. Бұл жағдайда балқу температурасының төмендеуі( келесі тәуелділіктерге қалайы үшін:

,

(2)

висмут үшін:

,

(3)

Мұндағы:

r – сфералық бөлшектің радиусы.

Қалайының балқу температурасының максималды төмендеу мәні ~40 К екені бақыланды, ал висмут үшін ~50 К. Энергияның салыстырмалы қабатының өзгеруі ~7×10^-2 Дж×м^-2 тең деп бағаланды. Осы авторлардың кейінірек жасалған зерттеулерінде [32] буды сұйық газға конденсациялануы кезіндегі висмуттың, қорғасынның және қалайының кіші құраушыларының балқу температурасының төмендеу аралығы сәкесінше 174 К, 187 К және 157 К тең болатыны анықталған.

Төсем материалына байланысты висмуттың жұқа қабаттарының балқу температурасының төмендеуін өлшеу [33] көрсетілген. Балқу температурасын қызу процесінде электрлің өткізгіштіктің өзгеруі бойынша анықтаған. Өлшеулер негізінде балқу температурасының (Т_балқу) шыны үстіндегі, слюдада және (001) NaCl қырдағы қабықша қалындығына тәуелділігінің сандық мәндері анықталды. Әр-түрлі төсемдердегі бірдей қалыңдықты қабықшалардың Т_балқу мәндері әр-түрлі, бірақ тәуелділіктің жалпы сипаты сақталады. Тұрақты қалыңдықта төменірек температураға шыныдағы қабықшалар ие болды, жоғарыға - натрий хлоридінің қырындағылар (001). Қабықшалар қалыңдығы жоғарылаған сайын, бұл айырмашылық азаяды, сонымен қатар барлық төсемдердегі қалың қабықшалары үшін массивті үлгісінің Т_балқу мәніне ұмтылады. Тұрақты қалыңдықта балқу температурасының салыстырмалы төмендеуі (максималды тәжірбие арқылы табылған мәні 90 К) энергия жазықтығын жоғарылатқанға тәуелді екені анықталған, сонымен бірге бұл тәуелділік аралдық қабықшалар үшін де сақталады.

Wronski C.R.M. [34] кремний монооксидіндегі қалайының кіші бөлшектірінің Т_балқу анықтаған кезде төсем материалына тәуелділігі анықталды.Балқу температурасының төмендеуі энергия жазықтығының үлесінің өсуімен шартталған. Сұйық және қатты қалайының арасындағы фаза аралық жазықтықтық керіліс мәні (s) негіз бойынша анықталған:

(4)

62,2±10 дин×см^-1 мәніне тең болды.

M. J. Stowell [35] 10-300 нм интервал аралығында қорғасынның кіші бөлшектерін электронды микроскопиялық зерттеу жүргізу барысында балқу температурасының төмендеу мәні ~ 90 ^оС екенін анықтады. Фаза аралық еркін энергияның төменгі шегі ~ 6,9×10^-2 Дж×м^-2. Peppiatt S.J [36] және Sambles J.R.[37] біріге отырып үлгілердің температурасын нақтырырақ өлшеу үшін технологиялық құрылғыларды қолдана отырып, электронды микроскопта қорғасын мен висмуттың кіші бөлшектерінің Т_балқу -на өлшемдік факторлардың әсерін зерттеу кезінде өлшемдік факторлар бойынша бөлшектердің дисперсиясы салдарынан балқу температурасының бір мағыналы еместігі анықталды, сонымен қатар сыртқы әсерлерге тәуелділігі табылды. Әрі экпоненциалды тәуелділікпен жуықтандырылған балқу температурасына жуық болатын қатты фазасында қалатын бөлшектер санының біртіндеп азаюы байқалды. Бұл [5] бойынша, біздің ойымызша, термофлуктационды балқумен байланысты.

Балқу температурасының төмендеуіне өлшемдік факторлардың әсерін зерттеу бойынша жұмыстар циклі осы авторлармен орындалған[38-41]. Зерттеу объектісі ретінде электронграфтың колоннасында аморфты көміртекті қабықшалармен сұйылтылған және ваккумде буланған, бөлшектерінің өлшемдері 1-100 нм болатын қалайының, қорғасынның және висмуттың аралдық қабықшалары болды. Электронграфтық және электронды-микроскопты әдістер арқылы жасалған эксперименталды зерттеулер аз өлшемділік салдарынан сұйық тамшылардағы (Dр = 2 s_l/r) қысымның өзгеруіне Лапластың түзетуін есептемегендегі Томсон формуласына қарағанда балқу температурасының көбірек төмендеуін көрсетті:

(5)

Мұндағы:

Т_ү - массивті үлгі балқуының температурасы;

Т- r радиусты бөлшек балқу температурасы;

DН - масса бірлігіне балқу жылулығы;

r_s - кристалл бөлшектің тығыздығы;

s - кристалл-балқытпа шетіндегі жазықтықты керіліс;

s_{l -} шегінде буы бар сұйық фаза.

Қалайының, қорғасынның және висмуттың кіші тамшыларының салқындату температуралары сәйкесінше 185 К, 167К және 205 К. Ауытқу себептерін түсіндіру үшін және флуктуацияның және кристаллдардың әркелкі бедерлеуін ескере отырып, авторлар келесі (5) түзетулер енгізді: балқудың белгілі бір энергетикалық барьерінен өтудің термофлуктационды механизміне байланысты болатын d_о, DТ(r) тәжірбиелік қатынасынан анықталатын a және β және бірге тең болатын біртекті бедерлеуі үшін.

Нәтижесінде Томсон форсуласы келесі түрге түрленді:

(6)

Бұл берілген тәжірбиелі мәндерді едәуір жақсы жуықтауға мүмкіндік берді.

Gladkich N.T., Niedermayer R. және Spiegel K. [8] вакуумде жоғары температуда 10^-7 Па мәнінен аз емес, 200 ^оС-ға дейін қыздырылған төсемдерде шаңдатылған күмістің, мыстың, алюминийдің және германийдің жұқа қабаттарына электронграфты зерттеулер жасады. Осыдан кейін, алынған қабаттарды фазалық ауысу температурасына дейін қыздырды. Күмістің жұқа қабаттарындағы минималды балқу температурасы 550 ^оС, мыстың - 670 ^оС, яғни массивті үлгілермен салыстырғанда балқу температурасының төмендеуі бірдей мәнге ~410 К ие болды.

Т_балқу төмендеу эффектісінің табиғаты зерттеулер бойынша [42] конденсациялаудуң бастапқы сатысында аумалық күйлі өлшемді бөлшектердің бірқалыпты күйі кристаллдық емес сұйық күйінде болып табылады.

Sambles J.R. [43] вакуумда 2,7×10^-4 Па дейін қыздырылған төсемде орналасқан алтынның кіші бөлшектерінің (радиустары 50нм кіші) булануына қатысты электронды-микроскопиялық зерттеулер жүргізді. Зерттеу нәтижесінде бөлшектердің балқу температурасының төмендуінің олардың өлшемдеріне тәуелділігі құрылды. Максималды төмендеу өлшемдері 10-12нм болатын бөлшектер үшін 294 К тең болды. Сонымен қатар, Т_балқу сызықтыдан едәуір ауытқуы байқалды, әсіресе өлшемдері 20 нм болатын бөлшектер үшін.

Buffat Ph. және Borel J-P. [44] электронграфтық әдіспен өлшемдері 20нм төмен кіші алтынның бөлшектерінің балқу температурасының төмендеуін зерттеді. Өлшемдері 2нм жуық бөлшектер 700К температурасында сұйық күйде және Т_балқу массивті үлгіден 660К температураға төмен екені анықталды. Эксперименттік мәндер екі феномелогиялық модельдермен жақсы келісілген: бірінші модель булық фазаның қатысымен, қатты және төмен деңгейдегі сұйық фазада берілген жүйенің тепе-теңдігін сипаттайды, екіншісі - булық фазаның қатысымен, сұйық қабатты қатты фазалы бөлшектердің жүйесін сипаттайды. Бірінші модельге қатысты растау массивті алтын тұрақтыларын қолданғанда алынды, екіншісіне қалыңдығы 0,6нм сұйық қабаты бар болғанда.

Өсіп келе жатқан ұрыққа біртекті атомдардың қосылу процестерінің және ультрадисперсті баяу балқитын материалдарының [14,C.37] коагуляция процестерінің, соның ішінде вольфрамға қатысты, салыстырмалы қосылуын зерттей отырып, авторлар W бөлшектердің өсуінің басым механизмі болып электронды суреттердегі бөлшектердің сферлық формасы жанама түрде айғақтайтын сұйық түрдегі коалесценция екеніне көз жеткізеді.

Диаметрлері 1-100 нм болатын кіші металл тамшылардың шекті салқындану мәндері электронграфты және электронды-микроскопиялық бақылаулардан алынған және жоғарыда айтылған мәліметтер бойынша кесте 2 [5,С.189] біріктірілген.

Кейбір металлдардың кіші бөлшектерінің балқу температураларының тәуелділігі сурет 1 көрсетілген. Сол жерде ионды-плазмалық шаңдату арқылы жүзеге асатын аймақ (температуралар мен бөлшектер өлшемдері) шектелген. Сурет 1-ден әр-түрлі физикалық қасиеттері бар металлдар үшін балқу температурасының төмендеуі мен бөлшектерінің өлшемдерінің азаюы арасында үлкен тәуелділік байқалады. Бұл өлшемдік фактордың әсері мен мен сәкесінше сыртқы энергияның жүйенің жалпы энергиясына қосылу салдары болып табылады. Керісінше тек бір жағдайда ғана, зерттеулер жүргізген авторлармен [8] жасалған мыстың және күмістің қабықшаларының балқу температураларының өзгеруі біздің ойымызша, 1нм аз тегіс қабықшаның қалыңдығын анықтау мен алу кезіндегі әдістемелік қателермен байланысты. Сонымен қатар, анықтаулар 200 ^оС дейін қыздырылған төсемдерде тұндырылған металл қабықшаларына жүзеге асырған. Бұл өлшем факторының Т_балқу әсерін өзгертті. Алайда, координаталардағы графикалық тәуелділік Т_балқу - өлшем басқа зерттеулерге формасы бойынша жақын екенін атап кету қажет.

Кесте 2- Өлшемдері 1-100 нм кіші металл тамшыларының салқындату мәндері

Металл	Үлгілердің массаларының балқу температурасы, К	Салқындату (DТ), К	Дереккөз
Сынап			[25]
	[45]
84-94	[46]
Галлий			[45]
Индий		60-110	[47]
30-100	[48]
	[30]
Қалайы			[45]
165-205	[46]
Висмут			[30]
181-201	[45]
	[36]
	[49]
	[30]
	[45]
Қорғасын		197-237	[35]
	[50]
Күміс			[50]
Алтын			[50]
Мыс			[50]

Қазіргі уақыттағы тәжірбиелік және теориялық мәлімет кіші өлшемді үлгілердің физикалық қасиеттерінің массивті үлгілерден айырмашылығын көрсетеді. Айырмашылықтар «өлшемді әсер» терминдерінде құрылады және объекттердің өлшемдеріне тән қасиеттерге: тегіс және аралдық қабықшалар қалыңдығы мен өлшемдері, ұнтақтар үшін бөлшектердің радиусы және т.б.байланысты байқалады.

Металлдардағы Т_балқу төмендеуіне көптеген зерттеулер жүргізілген болса, өлшемдік факторлардың бинарлы жүйелердің балқу температурасына әсері туралы жұмыстар шектеулі[51-55]. Жұмыс авторлары [51] айнымалы құрам үлгілер әдісімен қатты және сұйық күйдегі құрамалардың шексіз ерігіштігімен, бір төсемде үздіксіз гамма құйындылары болғандағы мыс-никель фазалық диаграммасын зерттеу кезінде қатты ерітіндіге қолданылатын конденсация процесін зерттеді.

	1 – галлий [27]; 2 – қалайы [40]; 3 – висмут [36]; 4 – қорғасын [5]; 5 – алтын [44]; 6 – алтын [43]; 7 – күміс [8]; 8 – мыс [8].
Сурет 1- Металлдардың балқу температурасының оларға тән өлшемге тәуелділігі

«Микрогетерогенді» конденсациялаудың процесінің, яғни екі механизм де: бу-кристалл мен бу-сұйықтық іске асқан уақытта, температуралық аймақ 150-300 ^оС аралығында (графикта) және таза металлдарға қарағанда едәуір кеңірек орналасқаны табылған. Авторлар термофлуктационды балқу жүйесінің осындай тәртібінің себебі ретінде өлшемдік фактор әсері деп қарастырмайды.

Палатник Л.С. және Бойко Б.Т. [52] біруақытты булану мен қалыңдығы 15, 25 және 30 нм қабыршықты орам түріндегі мыс пен алюминийді конденсациялау жолымен алынған электрлік типті Al-CuAl₂ жүйесінің күй диаграммасын зерттеу уақытында орамның қалыңдығының азаюы фазалық және құрылымдық өзгеру температурасының төмендеуіне және a - қатты ерітіндінің және θ фазасының тіршілік аймағының кеңеюіне алып келетіні анықталған. Алюминий-мыс жүйесінің эвтетика температурасы массивті үлгілер үшін 548 ^оС –ден қалыңдығы 15нм қабықшаларда 500 ^оС-ге дейін төмендейді. Бұл мыстың ерігіштігінің 5,7-ден 25 мас.%-ке дейін жоғарылауымен бірге өтеді. Сонымен бірге, Al-Cu қорытпаларының жұқа қабықшаларындағы күйі координаталардағы үшөлшемді диаграммамен сипаттайды: температура-концентрация-қабықша қалыңдығы.

Қалыңдығы 60 нм, қорытпаның булануы мен конденсациялануы және бөлме температурасында төсемдерде құрамаларын ретті конденсациялау жолымен алынатын Ga-Ag [53] жұқа қабықшаларында массивті үлгілерінде 5 мас.% ерігіштікті сұйық галийде 20 мас.% дейін күміс ерітіндісінің пайда болатыны анықталған.

Осындай жолмен буланған қалыңдығы 25 нм және бөлме температурасында In-Au [54] қорытпа қабықшаларында индийдағы алтынның ерігіштігі 10 мас.% құрайды, ал массивті үлгілерде ерігіштік болмайды. Сонымен қатар, галий мен индий құрамындағы қорытпа қабықшалары үшін ерігіштіктің уақыт бойынша өзгерісі анықталмаған, яғни олардың құрылуы және орнықтылығы конденсация процесінің кинетикасымен ғана түсіндіруге болмайды.

Дифракционды әдістермен бақыланатын ванадий және хромның [55] аралдық қабықшаларында тор параметрінің төмендеуі де бірқалыпты және бөлшектер өлшемі мен температурасына ғана тәуелді болып табылады. Морохов И.Д. және т.б. [56] балқу температурасының төмендеуінің және полиморфты өзгерудің, тор параметрінің өзгеруінің, кіші бөлшектердегі ерігіштіктің жоғарылауының мүмкін себептері ретінде массивті үлгілермен салыстырғанда кіші бөлшектерінде, олардың ажырамас бөлігі болып табылатын және өлшемдік фактордың вакансиялық механизмін тудыратын бос орындардың (вакансия) жоғары концентрациясын атады. Берілген жұмыстардан екіқұрамды күй диаграммаларын зерттеу үшін, айнымалы құрамды сұйылтылған қабықшаларды қолдану кезінде өлшемдік факторды ескеру қажеттілігі туады [57].

Өлшемдік факторлардың бинарлы қорытпалардың фазалық өзгерістеріне тікелей әсері [58] орындалған. Авторлармен Bi-Sn және Bi-Pb жүйелеріндегі қабықша қалыңдығының эвтетикалық және перитетикалық температуралар мөлшеріне әсері зерттелді. Сонымен қатар, тән қасиеттер висмут-қорғасын жүйесінде эвтетикалық және перитеткалық температуралар қатынасына да әсер ететіні орнатылған. Осылайша, Bi-Pb қорытпаларының массивті үлгілері үшін эвтетика және перитетика температуралар айырмашылығы 60 К, қалыңдығы 50 нм қабықшалар үшін 54 К, 25нм – 42 К және 10 нм -35 К тең. Қалыңдығы 10нм төмен қабықшалардың перитетикалық типті күй диаграммасынан эвтетика диаграммасына өту мүмкіндігі айтылған.

Жоғарыда айтылған зерттеулер үшін қорытпа конденсатының қабықша қалыңдығына байланысты фазалық өту температурасының төмендеуі сурет 2 көрсетілген және металлдарға сияқты ионды-плазмалық шаңдату кезінде орындалатын температуралар мен тән өлшемдер аймағы шектелген.

Сурет 2-ден металлдарға сияқты, металлдар қорытпасы үшін құраушылар өлшемдеріне, көбінесе қабықша қалыңдығына айтарлықтай тәуелділігі байқалады

Ионды-плазмалық шаңдатумен қорытпаларды құру шарттарына тән аймақта барлық берілген жүйелер термофлуктациондық сұйық-қатты ауысу күйінде болу қажет.

	1- Cu [52] жүйесіндегі эвтетика температурасы; 2- Bi-Pb жүйесінде де[58]; 3- Bi-Pb [58] жүйесіндегі перитектика температурасы; 4- Bi-Sn [58] жүйесіндегі эвтетика температурасы.
Сурет 2- Фазалық қорытпалардың температурасының оларға тән өлшемдеріне тәуелділігі

Айтылғандар бойынша бинарлы қорытпалардың барлық нәтижелері екілік жүйелер құрылымын зерттеуден және Векшинский С.А [17] әдісі арқылы құрамының ұзындығы тұрақты өзгеріп тұратын үлгілермен жасалған фазалық диаграммаларынан алынып және оларға қатысты екені шығады. Металл жұбының будандастырылған ағымы арқылы табылатын қорытпа алу кезінде интерметаллидтің синтезіне қажетті концентрациясы бар құрам мен қосылатын қоспаның арасындағы қатынас осындай үлгінің тек қана кішкентай бөлігінде ғана алынады. Қалыңдығы 1 мкм және жоғары болатын төсемдерді алу кезінде термошаңдату әдісі қолданылуы мүмкін емес, себебі инженерлік құралдар арқылы уақыт бойынша және көрінетін бөліктерде аралдық бөліктердің пайда болуының шарттарын әрдайым қайталауды қамтамасыз ету мүмкін болмайды.

Өлшемдік фактордың ультрадисперсты орталардың физикалық қасиеттеріне әсерінің теориялық дәлелдемелері осыған сәйкес оқиғалар байқалған уақытта пайда болған біршама жұмыстарда [50, 59-64, 5, С.205; 14,С.195] жазылған. Балқу температурасының төмендеуі жүйенің сыртқы энергиясының үлесінің өсуімен және кіші бөліктердің балқуы кезіндегі энергетикалық бөгеуінен өтудің флуктационды механизмімен түсіндіріледі. Кіші бөлшектердің Т_балқу төмендеу эффектісінің дәстүрлі түсіндірулерімен қоса бұл құбылысты микроскопиялық позиция арқылы сипаттауға талаптар жасалды.

[65-67] жұмыстарында Линдеман гипотезасына негізделген жартылай эмпирикалық теориялар ұсынылды. Балқу температурасы ретінде атомдардың жартылай квадраттық ауысуы тепе-теңдік күйінен атомдар арасы қашықтығының белгілі бір бөлігіне дейін жететін температура есептеледі. Егер Дебай температурасын кіші бөліктер үшін және массивті үлгілер үшін енгізетін болсақ, онда балқу температурасының салыстырмалы төмендеуі дебай температуралар қатынасының квадратына пропорционал болып табылады:

(7)

Дебайлық температулардың өлшемдік қатынасы феноменологиялық [65,66] есептеліне алады, немесе баяу электрондар дифракциясының эксперименттік мәндері арқылы табылады [67].

Осыдан дәйектірек болып, теория шектелген кристалл торлардың орнықтылығын жоғалту шарттарын анықтау үшін қолданылатын осцилляторлар жүйесінің өзіндік келісілген эйнштейндік модельдерін қолданудан тұратын жұмыстарда [68,69] болып табылады.

Бірфазалық микроскоптық балқу теорияларында қатал негізделген балқу критерийлері болмайды, себебі балқу процесін сипаттау, бірінші текті фазалық ауысу сияқты тек қана кристаллдық емес сонымен қатар сұйық фазалардың қасиеттерін білуін талап етеді. Екі фазалы балқу теориясын құру әрекеті кристалл фазасының еркін энергиясы қатты дененің келісілген эйнштейндік моделі шегінде есептелінетін, ал сұйықтық ретінде қатты сфералар модельдері қолданылатын жұмыстарда [70] жүзеге асырылды. Авторлар [70] кіші бөлшектің балқу температурасы ретінде, сұйық және кристалл күйлердегі бөлшектің еркін энергисының теңдігі сәйкес болатын температураны алды. Бірақ бұл шарт кіші бөлшектің балқуын қамтамасыз етпейді, себебі кристалл және сұйық күйлер флуктуация үшін өте алмайтын энергиялық бөгеу арқылы бөлінген болуы мүмкін [5, С.100].

Айтылғандардан кіші бөлшектердің балқуының микроскопиялық теориялары қазіргі уақытта сапалы сипатқа ие екені белгілі. Кіші бөлшектердің балқу процесін сипаттаудың басты қиындығы болып, фазалар бөлімінің жазықтығы туралы мәліметтердің болмауы табылады. Сонымен қатар, термофлуктационды балқу [5] әсерін ескеретін феноменологиялық тәсіл тәжірбиелік нәтижелерді қанағаттарлықтай сипаттауға мүмкіндік береді. Барлық ішінде айтылатын келтірілген зерттеулер және нәтижелер булық фазадан конденсациялаудың металл және қорытпа төсемдерінің құрылу процестеріне жататынын ескеру қажет. Бұл ұрықтың құрылу процесінің шарттарын тіркеуін қажет етеді: булы фазаның асақанықтыру деңгейі, фазалар ұрықтарының аумалы өлшемдері және т.б. Зерттеулер металлдар физикасының теориясынының дамуына, кіші бөлшектерден тұратын жүйелерге қатысты құрылымдарын және фазалық ауысуларын зерттеуге бағытталған. Шын мәнінде, металлдардың балқу температурасының төмендеу және өлшемдік фактор әсерінен өзіндік ерігіштіктің жоғарылау эффектісі қазіргі уақытта практикалық қолданысын тапқан жоқ. Сонымен қоса, металлдардың бақыланатын өзара ерігіштігінің жоғарылау эффектісінің асқын өткізгіштер синтезіне қолдануға ешбір талаптары жасалмады.

Дата добавления: 2015-07-12