Способ получения диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов

 

Изобретение относится к физико-химическому анализу фазовых равновесий двухкомпонентных систем. Цель изобретения - упрощение.и ускорение способа, получения диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов4 На инертную подложку конденсируют чистые компоненты испытуемой системы , испаряющиеся в вакууме от двух линейных источников, расположенных параллельно один другому в плоскости , параллельной поверхности подложки. Нагрев и охлаждение подложки производят одновременно с двух противоположных сторон ее в направлении, перпендикулярном направлению расположения линейчатых источников. Подложку с одной стороны нагревают до температуры плавления более тугоплавкого компонента,, а с противоположной поддерживают при комнатной температуре лпя установления термодина-, мического равновесия. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК, SU„„1-206664 5п4 G 01 N 25/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3717767/24-25 (22) 02,04,84 (46) 23.01 ° 86. Бюл. Р 3 (71) Ордена Трудового Красного Знамени всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт источников тока и Харьковский государственный университет (72) Н.Т.Гладких, С.П.Чижик, В.И.Ларин, Л.К.Григорьева, В.Н,Сухов и P.Н.Куклин (53) 536.42(088.8) (56) Даниэльс Ф., Олберти Л. Физическая химия.М.: Мир, 1978, с. 2580.

Векшенский С.А. Новый метод металлографического исследования спла. вов. М.-Л.: Гостехиздат, 1944, с.68-89, 145-165. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИАГРАММ СОС-

ТОЯНИЯ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к физико-химическому анализу фазовых равновесий двухкомпонентных систем.

Цель изобретения — упрощение.и ускорение способа. получения диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов.

На инертную подложку конденсируют чистые компоненты испытуемой системы, испаряющиеся в вакууме от двух линейных источников, расположенных параллельно один другому в плоскости, параллельной поверхности подложки. Нагрев и охлаждение подложки производят одновременно с двух противоположных сторон ее в направлении, перпендикулярном направлению располо- 3 жения линейчатых источников. Подложку с одной стороны нагревают до температуры плавления более тугоплавкого компонента, а с противоположной поддерживают при комнатной температуре для установления термодинамического равновесия.:2 ил.

1 206664 2

55

Изобретение относится к физикохимическому анализу фазовых равно,весий двухкомпонецтных систем и может быть использовано для получения фазовых диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов в металлофиэике, физической металлургии, металловедении и физике твердого тела.

Цель изобретения — упрощение и ускорение способа получения диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов.

На фиг.1 изображена схема для осуществления способа, на которой

1 представлено относительное расположение элементов при получении пиаграммы состояний: на фиг.2 — диаграмма состояний.

На схеме (фиг.1) показаны под- ложка 1, нагреватели 2, термопары

3, датчики 4 определения толщины, испарители 5 чистых компонентов, испаритель 6 углерода. Векторами

С и Т обозначено направление изменения концентраций и температуры соответственно. Температура определяется в отдельных точках.с помощью дифференциальных хромель-алюминевых термопар, приваренных к обратной стороне подложки.

Способ .осуществляется следующим образом.

На инертную подложку 1 конденсируют чистые компоненты испытуемой системы, испаряющиеся в вакууме от двух линейчатых источников, расположенных параллельно один другому на расстоянии L в плоскости, параллельной поверхности подложки. Нагреватели 2 располагаются с двух противоположных сторон подложки параллельно друг другу и перпендикулярно по отношению к испарителям 5. Такое относительное расположение испарителей

5 и нагревателей 2 обеспечивает взаимоперпендикулярное распределение на поверхности подложки концентраций компонентов испытуемой системы от градиента темпрературы, т.е. пос гроение ее диаграммы состояний.

Концентрация компонентов в пленке изменяется от одного чистого компонента до другого, реализуя весь набор составов для сплавов двухком- понентной системы. Контроль за получаемыми концентратами в процессе конденсации производят с помощью кварцевых резонаторов, определяющих количество конденсируемых. компонен5

40 тов. Подложку с одной стороны нагревают до температуры плавления бо- лее тугоплавкого компонента, а с противоположной поддерживают при комнатной температуре для установления термодинамического равновесия. Созданный на подложке градиент темпера-. тур включает температуры ликвидуса и солидуса всех наборов сплавов двухкомпонентной системы. По достижении термодинамическог0 равновесия.устанавливается определенное распределение фаэ, зависящее от состава (концентраций) и температуры1в данном месте подложки, Визуально обнаруживаются границы между областями с различным фазовым составом, положения которых соответствуют диаграмме состояний изучаемой двухкомпонентной системы. . Реализация способа иллюстрируется получением диаграммы состояний системы сплавов висмут — олово. В качестве подложки используют прямоугольную пластину из нержавеющей стали. По ширине пластины параллельно один другому устанавливают нагреватели в виде медных блоков с цилиндрическими полостями по оси. Через один из блоков пропускают воду для охлаждения одной из сторон подложки до комнатной температуры., Другой блок нагревают посредством электрической спирали, проходящей через полость. блока, до температуры плавления Bi — более тугоплавкого компонента в данной системе. К тыльной стороне подложки приваривают хромель-алгомелевые термопары для контроля, температуры. Истбчники в виде двух линейчатых тайталовых лодочек, содержащих особо чистые

Bi u Sn (99,9999 вес.7), устанавливаются на одинаковом расстоянии от подложки при взаимно перпендикулярном расположении осей нагревателей и источников. Для предотвращения взаимодействий Бп и Bi с материалом подложки на последнюю предварительно наносят аморфную углеродную пленку распылением в вакууме от испарителя 6 (фиг.1) толщиной 20-30 нм, Испарение чистых компонентов Sn u

Bi осуществляется при разрежении

Г -,9

10 — 10 мм рт.ст,, созданном безмасляной системой откачки. После завершения конденсирования металлов вдоль подложки создается градиент температур от 300 до 600 К и под1206664у у Ж N 1Ю 36 а а.2

BHHHIIH Заказ 8702/44 Тираж Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектйак, 4 ложка с пленкой выдерживается в течение 1 ч при данном градиенте для установления термодинамического равновесия сплава.по толщине пленки.

После установления вдоль подложки градиента температур на пленке выделяются области, разделенные четкими границами, положение которых определяется только концентрацией и температурой нанесенных металлов. Положение этих границ не изменяется после охлаждения подложкй до комнатной,температуры в вакууме и извлечения ее на воздух.

Полученные экспериментальные значения температур и концентраций границ раздела между областями в пленке на подложке, помеченные на фиг.2 показывают, что эти границы соответствуют линиям, разделяющим области с разным фазовым составом на известной диаграмме состояния системы олово — висмут. Так граница В на фиг.2 соответствует эвтектической температуре, граница S — - линии солидуса и граница D - изменению растворимости висмута в твердом олове с температурой, т,е. конденсированные пленки сплавов благодаря непрерывному изменению их состава и температуры в

I координатах поверхности подложки позволяют визуально наблюдать состоя ния, отвечающие и согласующиеся с диаграммой состояния данной системы.

Формула изобр ет ения

Способ получения диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов, включающий испарение в вакууме чистых компонентов испытуемой системы из

1О линейчатых источников, расположенных параллельно один другому в плоскости, параллельной поверхности инертной подложки, конденсирование испаренных компонентов на поверхности подложки в виде пленки переменного состава, нагрев подложки с конденсированной пленкой до температуры, отвечающей. определенному фаэовому состоянию системы, и охлаж2п дение до комнатной температуры, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и ускорения способа, L нагрев и оХлажденке подложки производят одновременно с двух противоположных сторон ее в направлении, перпендикулярном направлению расположения линейчатых источников, причем одну сторону нагревают до температуры плавления более тугоплавкого компонента испытуемой системы, а другую поддерживают при комнатной температуре.