Ниобий-алюминий жүйесінің қабықшаларын алу

Nb-Al жүйесі бойынша зерттеу мәліметтері [151,152]де көрсетілген. [152]де индукциялық пеште үш немесе төрт еселік балқыту арқылы аса таза элементтерден қорытпалар жасалған. Қорытпалардың гомогенизациясы 24 сағат бойы 4 атм аргон атмосфералық қысымда солидус сызығы бойынша 50^оСтан төмен температурада жүзеге асырылған, ал келесі өңдеу 2050-1000^оС-та 1 жұмадан 1айға деін суыту жылдамдығы 10³ дан 10^6оС/с деін жасалған. Құрамында 21 ат.% алюминийден тұратын қоспа үшін алюминийдің қатты ерітіндісінің ниобияда кубтық тордың орталықтанған көлемдік кезеңінің өзгерісі а = 0,3305 нм дан таза ниобия үшін а = 0,3276±0,0003 нм-ге деін құрайтыны анықталған. Nb₃Al Фазасының тор көрсеткішінің ішкі областық гомогендігі 19 ат. % Al а =0,5197±0,0002 нм –ден 25 ат. % Al-те а =0,5180±0,0001 нм деін сызықты өзгеретін А15 түріндегі кристаллды құрылымы бар.

Өлшемдік фактордың төсем қабатын алу процессіне әсер етуін зерттеу барысында содан алынған негізгі элементтің концетрациясы 99,96 мас. % ниобий мен 99,96 мас. % алюминийден тұратын материалдың қасиеті қолданылған.

Металл бөлшектерінің өлшемдік сипаттамаларының(қабаттардың аз кезеңдік қалыңдығы) кішіреюі кезінде ниобийдің төсем қалыңдығы 1 нм және алюминий 1 нм жеткенде металлдар тозаңдандыру процессінде қатты ерітінді қалыптастыратыны анықталған(табл. 12). Бөлшектердің өлшемдері ниобияда 12,5 нм және алюминийде 4,6 нм-ден асқанда металлдар төсемдерде жеке фазалармен көрсетілген.

Құрылымдық зерттеулер (рис. 39) кезінде алынған төсемдердің субқабаттарының орташа қалыңдығы ниобия/алюминия 4,6/1,6 нм және 2,2/08 нм болғанда шамалары d_hkl 0.2955, 0.2755 және 0.2602 нм және 0.7962, 03291, 0.2885 және 0.2586 нм тең катты рефлекстердің пайда болатыны белгіленген. Берілген индекстерге а =0,866 нм, с =0,63 нм және а =0,796 нм, с =0,660 нм көрсеткіштері бар сәйкес тетрагональді құрылым койылған.

12 Кесте. Ниобий-(28,2 ат. %) алюминий жүйесіндегі кезектес қабаттардың қалыңдығы мен фазалар торының көрсеткіштері

Қабаттардың қалыңдығы, нм	Тор көрсеткіштері, нм
Ниобий	Алюминий	Ниобий	Алюминий
		0,3331±0,0006	0,4075±0,0015
12,5	4,6	0,3318±0,0003	0,4054±0,0008
4,6	1,6	0,3316±0,0005	-
2,2	0,8	0,3303±0,0005	-
1,0	0,4	0,3272±0,0007

Бұл құрылымды ниобиий и алюминийдің екі когерентті жоғарғы торлары береді, сонымен бірге жаңадан жинақналған тордың а көрсеткіші алюминий торының еселенген көрсеткішіне, ал с көрсеткіші ниобия торының еселенген көрсеткішіне жақын.

Субқабаттардың өлшемдері ниобий үшін 1 нм және алюминий үшін 0,4 нм жеткенде концентрациясы 28,2 ат. % Al және тор көреткіші 0,3272±0,0007 нм тең өздігімен қатты ерітінді кұрылады.

Жоғарғы концентрациялы қатты ерітінділердің концентрациялық шегін анықтау үшін алюминийдің концентрациясы 9 дан 45 ат. % аралығындағы төсемелер қалыптастырылған.

Зерттеу нәтижесінде ультрадисперсті бөлшектерден қалыптастырылған ниобий-алюминий жүйесі концентрациясы 32,2 ат. % Al деін ниобияда қатты ерітінділермен көрсетілетіні анықталған. Көрсетілген алюминий құрамынан басқа қабаттаудың рентгенттік қатынасына аморфты түр алынған.

Қабықшалы төсемде қатты ерітіндінің наобияда 0,3303 ± 0,0004 нм-дан 0,3266 ± 0,0012 нм деін наобии-алюминий ерітіндісінде(32,2 ат. %) тор көрсеткішінің кішіреюі болады. Алюминийдің қатты ерітіндісінің тор көрсеткіші ниобияда 19 ат.% деін болуы анықтамалық деректермен сәйсек келеді [96].

Сурет 39.Ниобий-алюминийжүйесініңтөсемдерініңдифрактограммасы: 1-алюминий; при толщине слоев Nb/Al қабатының қалыңдығы, нм: 2- 24/9; 3-12,5/4,6; 4-4,6/1,6; 5-2,2/0,9; 6-1,0/0,4 болғанда; 7- ниобий; ●-алюминий; ▼ - a-ниобий; ♦- жоғарғырешеткаNb-Al.

Өлшенген ТРВК торының ерітіндіде алюминий концентрациясына байланысты көрсеткіші сурет 40 көрсетілген.

Термотұрақтылықты анықтау үшін ниобий – алюминий жүйесінің төсем үлгілерін ниобий – олово жүйесінің төсем схемасындай 250^оС температурадан 900^оС-қа деін күйдірген. Температураны ұстап тұру ± 2^оС дәлділікпен жүзеге асқан.

Тіркелген 750^оС температурада алюминийдің 13-26 ат.% аралығындағы концентрациясы үшін ТРВК тұрақтылық шегі құрамды 32 ат.% деін көбейтсе, 650^оС деін төмендейді. Көрсетілген температуралардың көтерілуі Nb₃Al алюминий ниобияның А15 құрылымды фазасының пайда болуымен қоса жүреді. Сонымен қатар, қабықшалық төсемдегі алюминийдің концентрациясының көбеюінен интерметаллдық қосылымдардың пайда болу реакциясының температуралық шегі азаяды.

Сур. 40. Ниобийде алюминий концентрациясынан қатты ерітінді тор параметрінің тәуелділігі

Термо-өңдеуден кейін және бастапқы компоненттерінің құрамы әртүрлі болатын қабықша қабаттаулардың фазалық құрамының өзгеруі 13 кестеде көрсетілген.

Алынған нәтижелер ниобий-алюминий жүйесінің екінші материал концентрациясының кең интервалында тұрақтылығын айқындайды. Бұл элементтердің еруіне өлшемділік тиімділігіне әсер ететіндігін дәлелдейді.

Поликордан жасалған төсемедегі қабықшада Nb₃Al ниобий алюминидті алу реакциясына термиялық әсер ету кезінде ұқсас бірақ кем бейнеленген, ТРВК және аморфты күйде (сур. 41) көрсетілген, үлгілердің тәртібі байқалған.

25,1 ат.% Al бар қатты ерітіндіде, 800^оС (сур. 41, 3 қисығы) температурадан бастап Nb₃Al фазасының пайда болуы байқалынған.Ал аморфты үлгіде(36,7ат.% Al) 600^оС-та (сур. 41, 4 қисығы). байқалынған.

Мыс фольгада (жорамалдау бойынша қабаттамаларды асқын өткізгіш ретінде қолданылған) алюминий құрамы әртүрлі Nb-Al жүйесінің үлгілерін күйдіру процесін зерттеу кезінде кейбір ерекшеліктер анықталған.

Кесте 13. Термоөңдеуден кейінгі ниобий – алюминий жүйесіндегі фаза тор құрамы мен параметрлары

БастапқыТРВК	Термоөңдеуден кейін пайда болатын фазалар
ТРВК	Nb3Al
Концентр. Al, ат.%	Тор параметрі, нм	Тор параметрі, нм	Концентр. Al, ат.%	Тор параметрі, нм
	0.3291 ±0.0004	0.3289±0.0002		-
13.6	0.3285 ±0.0004	0.3285±0.0003	13.6	-
0.3287±0.0003	10±2	0.5184±0.0003
0.3288±0.0001	10±0.7	0.5185±0.0006
16.1	0.3283 ±0.0006	0.3281±0.0004	16.1	-
0.3285±0.0002	13±1.4	0.5174±0.0003
0.3287±0.0004	11±2.8	0.5185±0.0006
19.5	0.3277 ±0.0004	0.3277±0.0004	19.5	-
0.3277±0.0004	19±2.8	0.5185±0.0006
0.3283±0.0004	13±2.8	0.5185±0.0006
25.1	0.3268 ±0.0004	0.3268±0.0004	25.1	-
0.3266±0.0004	24±2.8	0.5185±0.0006
0.3274±0,0004	17±2.8	0.5185±0.0006
26.7	0.3267 ±0.0004	0.3267±0.0004	26.7	-
0.3274±0.0004	17±2.8	0.5172±0.0004
-	-	0.5170±0.0004
26.9	0.3268 ±0,0004	0.3267±0.0004	26.9	-
0.3274±0.0004	17±2.8	0.5172±0.0004
-	-	0.5170±0.0004
28.9	0.3269 ±0.0005	0.3269±0.0004	28.9	-
0.3271±0.0004	25±2.8	0.5179±0.0012
-	-	0.5169±0.0004

Продолжение табл. 8
29.4	0.3268 ±0.0004		0.3268±0.0004	29.4	-
	0.3271±0.0004	25±2.8	0.5174±0.0008
	-	-	0.5169±0.0004
30.6	0.3267 ±0.0005		0.3264±0.0004	30.6	-
	0.3271±0.0004	25±2.8	0.5172±0.0009
	-	-	0.5153±0.0008
32.2	0.3266 ±0.0012		0.3266±0.0005	32.2	-
	0.3272±0.0004	25±2.8	0.5176±0.0006
	-	-	0.5153±0.0005

Сур. 41.Поликордағы Nb-Al үлгілерінің дифрактограммалары: 1, 3– қатты ерітінді (25,1 ат. % Al); 2,4– аморфты күй (36,7 aт. % Al); 1,2 –600^оС-та күйдіру (1сағ); 3,4–800^оС-та күйдіру; ▼ – Nb-дегі Al қатты ерітіндісі; ■ - Nb₃Al; ○-поликор.

23 бастап 45 ат.% дейін алюминийі бар қабатты термо-өңдеуден кейін, аморфты үлгі үшін 600^оС температурада, Al2O3-ден тұратын төсемелерде және 750о С-те қатты ерітінді қабықшасында интерметаллид синтезі анықталды, сонымен қоса мыстан жасалған төсемеде бастапқы ерітіндіде алюминийдің өте үлкен қанығу аймағында сондай эффектінің болмауы байқалынған.

Мұнымен қоса, алюминийдің үлбірден мыс лентасына өту диффузиясы белгіленді, оны буферлі қабаттаманың мыс төсемесінде титан нитриді мен титан қабаттарын тізбектей сала отырып қалыптастыруы жойылды.

Буферлі қабатты мыс төсемеде 37,3 ат.% Al бар Nb3Al үлгісінің фаза пайда болуының динамикасын 42 суретте көрстеілген. Бастапқы жүйе ниобий-алюминий (1 қисығы) аморфты фазасымен берілген, онда мыс, титан және TiN,Ti2N буферлі қабат сызықтары бар. Интерметаллид пайда болуының басталуы 500оС (суп. 42, 2 қисығы) белгіленген.

Сур. 42. Nb-Al үлгілерінің мыс лентасындағы: 1– бастапқы күй; 2 –500оС-те күйдіру (5 мин); 3 –750 оС-те күйдіру; ■ - Nb3Al, ▼- TiN, • - Ti2N,• - Cu4Ti, ◘ - Ti,  - Cu.

Бұл дифрактограммада TiN фазасында эпитаксиальды түрде өсетін Nb₃Al фазасының сызықтары бар. Аморфталған қатты ерітінде ТРВК өмір сүруінің шекті формасы болып табылады. Эпитаксиальды кристаллдану қатты ерітіндегі кристалданатын зат пен түтік торларының параметрлары сәйкес келгенде жүретіндігі жалпы белгілі. Титан нитридынан магнетронды әдіспен буферлы қабат жасаған кезде, TiN қабықшасы {111} және {200} бағыттарында мәтінделген дәндері шығатындай түрде өседі.

Титан нитриды жазықтықтар жүйесінде (200) (d₂₀₀)_TiN=(d₂₁₁)_Nb3Al болатын Nb₃Al фазасының жазықтықтары (211) өсе бастайды. Содан кейін осы Nb₃Al фазасының түтіктерінде Nb₃Al алюминидтің жақсы кристалданған қабаты дами бастайды. Бұл кезде Cu₄Ti фазасының аралық қабаты титан нитрид қабаты сияқты антидиффузиялық бөгеу рөлін атқарады. 3 қисығы (сур.42) кестелік қатынасу параметрларының интервалдар аралығындағы тор параметрі бар, 750^оС-те жақсы құрылған Nb₃Al фазасын көрсетеді. Осымен, титан нитридіндегі Nb₃Al фазасының өсуінің эпитаксиалды механизмі фаза құрудың температуралық шегін 100^о-ке төмендетіндігі көрінеді.

Баяндалып отырғаннан, титан нитридінан жасалған буферлі қабаты бар мыс жолақтарында 22-37,3 ат.%Al концентарция аралығындағы қабықша үлгілеріндегі ниобий және алюминийді бірге тұндыру аркылы Nb₃Al интерметаллид қоспасының А15 құрылымды түрімен, Pm3m кеңістік тобымен, а_ср =0,5176 ±0,0014 нм тор параметрімен, Cr₃Si тор түрімен тұрақты синтезі 500^оС температурадан бастап пайда болатыны көрінеді, ал бұл [95-96] жұмыстарындағы температурадан 300^о –қа төмен.

Алынған А15 құрылымымен ниобий-алюминий жүйесіндегі интерметалдық қосынды сәйкестендіруі РҒА қатты дене физикасы Институтымен орындалған, қабықша асаөткізгіштің қабаттауларды криогенді сынау аркылы дәледенген. ТРВК қолдану арқылы алынған қабықшалы асаөткізгіштің кернеу тәуелділігі 43 суретте көрсетілген.

Nb₃Al ниобий алюминидінің асаөткізгіш күйге өту температурасы 0,5 К [97] өту енінде 17 К екендігі көрінп тұр.

Сурет. 43. Nb₃Al қабықшалы қабаттаудың температурадан тәуелділігі.

Дата добавления: 2015-07-12