Способ получения элементозамещенных сплавов с длиннопериодными и аморфными фазами

 

Изобретение относится к физико-химии реакции в сплавах и может быть использовано для разработки композиционных материалов, электроконтактных материалов повышенной термостойкости, кристаллов плотноупакованных фаз с равномерным распределением компонентов с улучшенными физико-химическими характеристиками. Улучшение характеристик происходит за счет самолегирования сопряженных решеток плотноупакованных фаз, обусловленного когерентными кристаллизацией или стеклованием в структуру или соответствующий ей ближний порядок мартенситной гексагональной плотноупакованной фазы при значительных переохлаждениях расплава с подавлением процесса конвективного перемешивания или при наложении высокого давления. Представлены примеры реализации способа для случаев металлических сплавов двойных систем. Возможно использование способа в экологических программах при утилизации отходов ряда производств. 1 н. и 1 з. п. ф-лы, 3 пр. 4 ил.

Изобретение относится к физико-химии реакций в сплавах, металлургии расплавов, кристаллизации неравновесных фаз. Традиционные квазиравновесные методы получения многокомпонентных кристаллов и композиционных материалов кристаллизацией расплавов в ряде случаев не позволяют получать равномерное распределение компонентов и соответственно уровень физико-механических характеристик из-за сегрегации примеси, процессов ликвации. Для более равномерного распределения компонентов используют ряд специальных методов, включая снижение интенсивности конвективных процессов при выращивании кристаллов, зонную плавку, закалку расплава, порошковую металлургию. Применяется также легирование кристаллов методом имплантации ионов примесями, использующимися и в ростовых процессах, методом ядерных превращений (при легировании кремния, арсенида индия) [1] Для использования последних методов требуется применение достаточно сложной техники и специальной защиты.

Близким по сущности к предлагаемому является способ ядерного легирования [2] включающий замещение исходных компонентов продуктами ядерных реакций под действием тепловых нейтронов (в случае арсенида индия с плотностью потока 51013 см-2с-1 и флюенсом 21017 - 71019 см-3 и суммарным продуктом: оловом, селеном и кадмием).

Для реализации указанного способа требуется источник тепловых нейтронов (в указанном случае облучение проводилось в вертикальных каналах реактора ВБР-ц). Кроме того, достаточно сложен выход на требуемый уровень концентрации вводимой в результате ядерных превращений примеси. Кроме того, большое сечение поглощения тепловых нейтронов индием обусловливает сильное экранирование образца в процессе облучения (плотность потока тепловых нейтронов уменьшается в е раз на расстоянии 3,3 мм).

Цель изобретения получение элементнозамещенных материалов с равномерным распределением компонентов по объему и улучшенными физико-механическими свойствами.

Для достижения поставленной цели в известном способе [2] включающем замещение исходных компонентов продуктами ядерных реакций, последние инициируются когерентной кристаллизацией или стеклованием с образованием структуры (или соответствующего ей ближнего порядка) гексагональной плотноупакованной (ГПУ) мартенситной фазы в результате переохлаждения малых объемов или быстрой закалки расплава, подавления процессов конвективного перемешивания или наложением высокого давления.

Сущность вносимых изменений заключается в следующем. В отличие от традиционно применяемых при ядерном легировании инициировании ядерных реакций тепловыми нейтронами или протонами в предлагаемом способе используется замещение элементов в реакциях, инициируемых когерентным фазовым переходом, аналогичное наблюдаемому в дейтериде палладия или титана в экспериментах по низкотемпературному термоядерному синтезу с выходом гелия или трития. Методом молекулярной динамики показано, что при _ переходе в дейтериде палладия образуются высокоэнергетические атомы дейтерия, которые при столкновении с другими атомами дейтерия образуют сближенные пары в одном из междоузлий решетки палладия, являющиеся предпосылкой реакций синтеза после туннельного преодоления потенциального барьера.

В нашем случае необходимое сближение реагирующих атомов происходит в процессе когерентной кристаллизации или затвердевания в ГПУ-структуру с образованием квазимолекулярных комплексов, с последующей турбулизацией электронных оболочек при объемнодефицитном фазовом переходе; возможна также экранировка кулоновского отталкивания ядер в молекулярных комплексах достаточно тяжелыми отрицательными квазичастицами, образующимися при сфазированной пульсации оболочек в переходных к стохастизации режимах. Признаки такой пульсации отмечаются при анализе данных микрорентгенспектрального анализа и Оже-спектроскопии элементнозамещенных и молекулярнокомпонентных фаз (остаточная возбужденность).

В настоящее время отсутствует достаточно полная систематизация промежуточных метастабильных фаз в бинарных системах, но в ряде работ сделаны попытки сгруппировать их по некоторым признакам. Например, большая группа ГПУ и типа g-латуни фаз получена в сплавах благородных металлов с элементами IV и V В групп периодической системы в составах с электронной концентрацией 3/2 и 21/13 электрон/атом соответственно.

Предлагаемый способ осуществлен с использованием установки с охлаждением распыленных капель расплава, электропечи сопротивления с подавляющей кавитационные процессы оснасткой, гидравлического пресса с камерой высокого давления и нагреваемым контейнером. В приводимых ниже примерах переохлаждались бинарные расплавы, использовались исходные компоненты высокой чистоты.

Пример 1. Капли расплава Сu60Zr40 распылялись в охлаждающую жидкость после перегрева со скоростью охлаждения выше 106 град/с. Рентгенографическим анализом фиксировалось образование аморфной фазы с ГПУ ближним порядком. Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА; фиг.1) показал присутствие линий титана. Предполагаемый ход реакций распада в молекулярных комплексах: zr 2Ti.. Термический анализ показал значительное (выше 200oС) увеличение термостабильности и прочности спеченных из полученного порошка образцов.

Пример 2. Переохлаждение расплава олово-свинец до температуры кристаллизации мартенситной ГПУ-фазы достигалось минимизацией конвективных процессов. Образование фазы фиксировалось рентгенографическим и металлографическим методами. МРСА (фиг. 2) и Оже-спектроскопией показано (фиг.4) присутствие мышьяка с равномерным распределением по объему.

Пример 3. Образец олово-свинец кристаллизовался под давлением 8 ГПа (использовалась камера с котлинитовой ячейкой и никелевым нагревателем). Металлографическим и рентгенографическим анализом фиксировалось образование мартенситной ГПУ фазы, а МРСА линии алюминия, кремния (фиг.2,3).

Возможный ход реакций в указанных примерах: 2Sn 3As (вторично-ионная масс-спектроскопия подтверждает дефицит в образце некоторых изотопов Sn).

Повышенные термостабильность и прочность элементнозамещенных сплавов на основе меди может быть использована при разработке электроконтактных материалов, а равномерное распределение примесей по объему образца в полупроводниковых (типа PbSnTe).

Пример 3 показывает возможность регулирования каналов реакций изменением условий кристаллизации мартенситных ГПУ-фаз и соответственно изменения набора легирующих компонентов.

Предлагаемый способ может быть использован для разработки композиционных материалов с улучшенными физико-механическими характеристиками, электроконтактных материалов повышенной термостойкости, многокомпонентных кристаллов ГПУ-фаз для электротехнических приложений, и также в ряде экологических программ.

Формула изобретения

1. Способ получения элементозамещенных сплавов с длиннопериодными и аморфными фазами, включающий замещение исходных компонентов продуктами ядерных реакций, отличающийся тем, что низкотемпературные ядерные реакции инициируются когерентной кристаллизацией или стеклованием расплава исходных компонентов в структуру мартенситной гексагональной плотноупакованной фазы или соответствующего ей ближнего порядка в результате переохлаждения капель расплава или быстрой закалки расплава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что когерентная кристаллизация достигается подавлением процессов конвективного перемешивания или наложением давления величиной не менее 8 ГПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при изготовлении лазерных стержней из высокотемпературного сложнооксидного материала

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при создании на основе легированных щелочными металлами полупроводниковых соединений детекторов ядерных излучений, светоизлучающих структур, других полупроводниковых устройств и приборов

Изобретение относится к получению ионных кристаллов, легированных гидридионами , и может быть использовано для получения фотохромных сред, лазерных сред, детекторов светового и ионизирующих излучений

Изобретение относится к технологии получения соединений внедрения в графит (СВГ), в частности к получению квазимонокристаллов СВГ интеркалята: интергалоидов, хлоридов металла или галогенов акцепторного типа низких ступеней с высокой электропроводностью и различными периодами идентичности

Изобретение относится к технологии получения соединений внедрения в графит (СВГ), в частности к получению квазимонокристаллов СВГ интеркалята: интергалоидов, хлоридов металла или галогенов акцепторного типа низких ступеней с высокой электропроводностью и различными периодами идентичности

Изобретение относится к технологии тонкой обработки природных и синтетических ювелирных камней, точнее к их окраске , а конкретно к технологии окраски бесцветной разновидности корундо-лейкосапфира

Изобретение относится к технологии полупроводников-сложного состава, в частности к получению гетерострук- , тур, оба компонента которых принадлежат к соединениям класса А В С

Изобретение относится к биотехнологии и используется для получения монокристаллов макромолекул в условиях микрогравитации на борту орбитальной станции и на Земле

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к технологии получения монокристаллических постоянных магнитов на основе Fe-Co-Cr-Mo

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к технологии получении заготовок из магнитных сплавов с монокристаллической структурой, и позволяет улучшить качество монокристаллов и повысить магнитные параметры

Изобретение относится к способу получения монокристаллов сплавов на основе меди, железа и никеля и позволяет повысить выход годных монокристаллов

Изобретение относится к технике получения монокристаллов тугоплавких металлов методом электронной бестигельной зонной плавки

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к технологии получения литых монокристаллических заготовок из сплавов, содержащих Fe-Co-Ni-Al-Cu-Ti (ЮНДКТ)

Изобретение относится к монокристаллическим материалам из сплавов благородных металлов
Наверх