RU2745223C1

RU2745223C1 - Method for combinatorial production of new compositions of materials in a multicomponent system

Info

Publication number: RU2745223C1
Application number: RU2020120055A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Карпенков; Федор Юрьевич Бочканов; Владислав Леонидович Куриченко; Алексей Юрьевич Карпенков; Константин Петрович Скоков
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-03-22

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to the field of metallurgy, in particular to a method for combinatorial production of composites of materials in a multicomponent system. It can be used to build phase diagrams and search for new intermetallic compounds in multicomponent systems. A reaction crucible is made from a refractory material containing one or more elements of the multicomponent system under study, and the remaining components are placed inside the crucible. Then electrothermal treatment is carried out in a constant, alternating or pulsed mode of high-density current supply from 10 to 1000 A/mm² and a temperature of 200-3300 °C for 3-12 hours to ensure the mutual diffusion of components with the formation of intermetallic compounds in the multicomponent material. Quenching is carried out and the phase composition in the area of mutual diffusion of the components and the elemental composition of the phases are determined.

EFFECT: invention provides an increase in the reaction rate, an increase in the solubility of the components of the system under study, a change in the enthalpy of formation of phases in connection with the processes of electrodiffusion, which shifts the phase equilibrium.

1 cl, 6 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к экспериментальным методам комбинаторного анализа для построения фазовых диаграмм и поиска новых интерметаллических соединений в многокомпонентных системах.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to experimental methods of combinatorial analysis for constructing phase diagrams and searching for new intermetallic compounds in multicomponent systems.

Известен способ комбинаторного поиска новых композиций материалов, включающие изготовление двух- или трехмерного массива путем доставки элементов изучаемых систем в заранее определенные области на подложке методами создания тонкопленочных покрытий, в том числе магнетронное или ионно-плазменное напыление, одновременную реакцию между компонентами с образованием по меньшей мере двух материалов и дальнейший скрининг полученных материалов на полезные свойства / Патенты US 6004617, ЕР 1002573 А2, US 6045671, US 7195670 В2, US 7390458 В2, US 2003/0162179 A1, US 2016/0030909 А1 /. Таким образом, настоящие изобретения предлагают способы параллельного синтеза и анализа новых материалов, имеющих полезные свойства.The known method of combinatorial search for new compositions of materials, including the manufacture of a two- or three-dimensional array by delivering elements of the studied systems to predetermined areas on the substrate by methods of creating thin-film coatings, including magnetron or ion-plasma spraying, simultaneous reaction between the components with the formation of at least two materials and further screening of the obtained materials for useful properties / Patents US 6004617, EP 1002573 A2, US 6045671, US 7195670 B2, US 7390458 B2, US 2003/0162179 A1, US 2016/0030909 A1 /. Thus, the present inventions provide methods for the parallel synthesis and analysis of novel materials having useful properties.

Основным недостатком данных изобретений является разница значений структурно-чувствительные свойств полученных материалов в тонкопленочных образцах, изготовленных по предложенным способам, и в массивных образцах. Данная разница возникает за счет несовпадение параметров решеток подложки и новых материалов, что вносит искажения в размеры элементарной ячейки полученных соединений. Другим недостатком данных изобретений является невозможность проводить поиск метастабильных фаз, которые существуют в узком интервале температур. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что описанные способы не являются достоверными при поиске новых соединений, так как имеют ряд серьезных существенных ограничений.The main disadvantage of these inventions is the difference in the values of the structure-sensitive properties of the materials obtained in thin-film samples made by the proposed methods, and in bulk samples. This difference arises due to the mismatch of the lattice parameters of the substrate and new materials, which distorts the unit cell dimensions of the compounds obtained. Another disadvantage of these inventions is the impossibility of searching for metastable phases that exist in a narrow temperature range. From the foregoing, we can conclude that the described methods are not reliable in the search for new compounds, since they have a number of serious significant limitations.

Известен способ комбинаторное получение композиций материалов из одного образца, включающий получение объемного образца, состоящего по меньшей мере из трех слоев, включающих металлы, неметаллы, оксиды металлов или сплавы, дальнейший нагрев образца при повышенной температуре и выдержку в течение длительного периода времени / Патент US 7392927 /. Длительный изотермический отжиг приводит к образованию областей взаимной диффузии компонентов. Соответственно, при скрининге свойства образца будут зависеть от состава в областях взаимной диффузии. Преимуществом данного метода является то, что свойства, полученные для данного метода, соответствуют свойствам объемных материалов. Это позволяет оценивать свойства, которые нельзя исследовать для тонкопленочных методов (например, кинетика осаждения и коэффициенты диффузии). Более того, интерметаллические соединения, образующиеся в объемных образцах, чаще являются равновесными фазами, тогда как фазы, образующиеся в тонких пленках, нередко являются метастабильными. Метод позволяет получить информацию о таких свойствах, как электропроводность, магнитные свойства, пьезоэлектрические свойства, оптические свойства, параметры решетки, теплопроводность, коррозионные свойства в зависимости от состава.The known method of combinatorial production of compositions of materials from one sample, including obtaining a volumetric sample, consisting of at least three layers, including metals, non-metals, metal oxides or alloys, further heating the sample at an elevated temperature and holding for a long period of time / Patent US 7392927 /. Prolonged isothermal annealing leads to the formation of regions of mutual diffusion of components. Accordingly, upon screening, the properties of the sample will depend on the composition in the areas of interdiffusion. The advantage of this method is that the properties obtained for this method correspond to the properties of bulk materials. This allows the evaluation of properties that cannot be investigated for thin-film methods (for example, deposition kinetics and diffusion coefficients). Moreover, intermetallic compounds formed in bulk samples are more often equilibrium phases, while phases formed in thin films are often metastable. The method allows obtaining information on such properties as electrical conductivity, magnetic properties, piezoelectric properties, optical properties, lattice parameters, thermal conductivity, corrosion properties depending on the composition.

Главным недостатком метода является длительность термической обработки, необходимой для прохождения твердофазной реакции в слоистом композите.The main disadvantage of this method is the duration of the heat treatment required for the solid-phase reaction to proceed in the layered composite.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения по технической сущности является способ комбинаторного анализа новых соединений с использованием реакционных тиглей / Ludtke A. Reaction crucible analysis and magnetic domain structures: дис. - University of Birmingham, 2001 /. В отличие от метода диффузионной пары внутри реакционного тигля, изготовленного из химического элемента с самой высокой температурой плавления, один или два компонента могут находиться в жидком состоянии во время отжига, что значительно ускоряет образование промежуточных фаз.The closest analogue of the proposed invention in technical essence is a method for combinatorial analysis of new compounds using reaction crucibles / Ludtke A. Reaction crucible analysis and magnetic domain structures: dis. - University of Birmingham, 2001 /. Unlike the vapor diffusion method inside a reaction crucible made from the chemical element with the highest melting point, one or two components can be in a liquid state during annealing, which greatly accelerates the formation of intermediate phases.

Главным недостатком данной техники является проблема «исчезнувших» фаз. Так, авторы в работе / Fayyazi В., Skokov K.Р., Faske Т., Karpenkov D.Y., Dormer, W.a, Gutfleisch, O.a, Bulk combinatorial analysis for searching new rare-earth free permanent magnets: Reactive crucible melting applied to the Fe-Sn binary system, Acta Materialia, 141, 2017, 434-443 / обнаружили отсутствие фазы Fe₅Sn₃ в диффузионной зоне реакционного тигля Fe-Sn, хотя она существует в равновесной фазовой диаграмме при 800°С и образуется в сплавах полученных обычным плавлением. Эта проблема объясняется кинетикой процесса формирования новой фазы и взаимодействием между равновесными фазами в диффузионной зоне, которая характеризуется градиентами концентраций компонентов.The main disadvantage of this technique is the problem of “disappeared” phases. So, the authors in the work / Fayyazi V., Skokov K.R., Faske T., Karpenkov DY, Dormer, Wa, Gutfleisch, Oa, Bulk combinatorial analysis for searching new rare-earth free permanent magnets: Reactive crucible melting applied to the Fe-Sn binary system, Acta Materialia, 141, 2017, 434-443 / found the absence of the Fe ₅ Sn ₃ phase in the diffusion zone of the Fe-Sn reaction crucible, although it exists in an equilibrium phase diagram at 800 ° C and is formed in alloys obtained by conventional melting. This problem is explained by the kinetics of the formation of a new phase and the interaction between equilibrium phases in the diffusion zone, which is characterized by gradients of the concentrations of the components.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков.The object of the invention is to eliminate the above disadvantages.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в увеличении скорости реакции, возрастании растворимости компонентов изучаемой системы, а также в изменении энтальпии образования фаз в связи с процессами электродиффузии, которая сдвигает фазовое равновесие.The technical result of the claimed invention consists in increasing the reaction rate, increasing the solubility of the components of the studied system, as well as in changing the enthalpy of phase formation in connection with the processes of electrodiffusion, which shifts the phase equilibrium.

Технический результат достигается за счет изготовления реакционного тигля из элементов исследуемой многокомпонентной системы, осуществления его электротермической обработки в присутствии электрических токов высокой плотности от 10 до 10³ А/мм² при постоянном или переменном или импульсном режиме подачи тока при выделенной температуре в интервале от 200-3300°С в течение 3-12 часов.The technical result is achieved through the manufacture of a reaction crucible from elements of the multicomponent system under study, the implementation of its electrothermal treatment in the presence of high-density electric currents from 10 to 10 ³ A / mm ² at a constant or alternating or pulsed current supply mode at a selected temperature in the range from 200- 3300 ° C for 3-12 hours.

Интервалы длительности эксперимента определяются требованиям к высокопроизводительности разрабатываемого способа, а так же особенностями кинетики и динамики фазообразования в диффузионной зоне.The intervals of the experiment duration are determined by the requirements for the high productivity of the developed method, as well as by the peculiarities of the kinetics and dynamics of phase formation in the diffusion zone.

Нижний интервал интенсивности тока определяется конкретным критическим значением для изучаемой диффузионной системы, при котором наблюдается явление электродиффузии. При низкой плотности тока влияния на термодинамическое равновесие оказано не будет. Верхний интервал определяется наблюдением в системе при данном значении плотности тока явления электромиграции, что может повлечь разрушение тигля.The lower interval of the current intensity is determined by a specific critical value for the studied diffusion system, at which the phenomenon of electrodiffusion is observed. At a low current density, there will be no effect on thermodynamic equilibrium. The upper interval is determined by the observation in the system at a given value of the current density of the phenomenon of electromigration, which can lead to the destruction of the crucible.

Интервалы температур определяются температурами плавления легкоплавкого компонента исследуемой системы и тугоплавкого материала, из которого изготавливается тигель.The temperature ranges are determined by the melting temperatures of the low-melting component of the system under study and the refractory material from which the crucible is made.

При рассмотрении влияния электрического тока необходимо рассматривать атомный поток, возникающий при приложении к металлу электрического потенциала, определяемый уравнением Нернста -Эйнштейна (1):When considering the effect of electric current, it is necessary to consider the atomic flux arising when an electric potential is applied to the metal, determined by the Nernst-Einstein equation (1):

где ϕ - прикладываемый электрический потенциал; k_B - константа Больцмана; N - атомная плотность; D - соответствующий коэффициент диффузии; Z* - эффективный заряд металла; е - заряд электрона; ρ - удельное сопротивление; j - плотность тока.where ϕ is the applied electric potential; k _B - Boltzmann's constant; N is the atomic density; D is the corresponding diffusion coefficient; Z * - effective charge of the metal; e is the electron charge; ρ - resistivity; j is the current density.

Стоит учесть, что дрейф атомов обычно происходит от катода к аноду, оставляя после себя избыточную концентрацию вакансий в окрестности катода и вызывая накопление атомов на аноде. Это приводит к возникновению силы, действующей в обратном направлении к градиенту химического потенциала ∂(μ_a-μ_v)/∂х (2):It should be taken into account that the drift of atoms usually occurs from the cathode to the anode, leaving behind an excess concentration of vacancies in the vicinity of the cathode and causing the accumulation of atoms at the anode. This leads to the appearance of a force acting in the opposite direction to the chemical potential gradient ∂ (μ _a -μ _v ) / ∂х (2):

где μ_а - химический потенциал атомов; μ_v - потенциал вакансий; Ω - атомный объем; (-∂σ/∂х) - градиент напряжения.where μ _a is the chemical potential of atoms; μ _v is the potential of vacancies; Ω is the atomic volume; (-∂σ / ∂х) - stress gradient.

В дополнение, в контролируемых диффузией фазовых превращениях в сплавах обычно существует градиент состава, который вызывает градиент химического потенциала (4):In addition, in diffusion-controlled phase transformations in alloys, there is usually a composition gradient that induces a chemical potential gradient (4):

где N_i - концентрация растворенного вещества; Т - температура проведение эксперимента.where N _i is the concentration of the solute; T is the temperature of the experiment.

Принимая во внимания влияния градиента химического потенциала, силы обратного напряжения и прикладываемого электрического потенциала, атомный поток может быть записан в виде:Taking into account the influence of the gradient of the chemical potential, the reverse voltage force and the applied electric potential, the atomic flux can be written as:

Стоит так же учитывать вклад от электродиффузии в энергию Гиббса системы. Термодинамическое влияние электрического тока приводит к увеличению энтальпии образования фаз по причине процессов электродиффузии, которая сдвигает фазовое равновесие.It is also worth taking into account the contribution from electrodiffusion to the Gibbs energy of the system. The thermodynamic effect of electric current leads to an increase in the enthalpy of phase formation due to the processes of electrodiffusion, which shifts the phase equilibrium.

Уменьшение длительности эксперимента обеспечивается особенностями воздействия электрического тока на процесс фазообразования, заключающимися в воздействии на подвижность диффундирующих частиц, которая намного больше в присутствии электрического поля, чем при градиенте температуры. Следовательно, взаимодействие между приложенным электрическим полем и дефектами решетки, особенно дислокациями и границами зерен, увеличивает миграцию диффундирующих частиц, таким образом, ускоряет образование интерметаллических соединений.A decrease in the duration of the experiment is provided by the peculiarities of the effect of electric current on the phase formation process, which consist in the effect on the mobility of diffusing particles, which is much greater in the presence of an electric field than with a temperature gradient. Consequently, the interaction between the applied electric field and lattice defects, especially dislocations and grain boundaries, increases the migration of diffusing particles, thus accelerating the formation of intermetallic compounds.

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

Реакционный тигель, состоящий из одного или нескольких элементов исследуемой многокомпонентной фазовой диаграммы, изготавливается путем индукционного переплава компонент и розлива расплава в медную изложницу, чертеж которой представлен на фиг. 1, или изготавливается по иной технологии. После механической обработки отлитой заготовки и помещения внутрь получившегося тигля остальных компонент исследуемой системы, он герметизируется.A reaction crucible consisting of one or more elements of the investigated multicomponent phase diagram is manufactured by induction remelting of the components and pouring the melt into a copper mold, the drawing of which is shown in FIG. 1, or is manufactured using a different technology. After machining the cast billet and placing the remaining components of the system under study inside the resulting crucible, it is sealed.

Далее производиться термическая обработка реакционного тигля в течение 3-12 часов в присутствии электрического тока плотностью 10-10³ A/mm² с последующей закалкой в воду. Термоэлектрическая обработка проводиться в защитной атмосфере инертного газа или в вакууме. На фиг. 2 изображен общий вид рабочей водоохлаждаемой камеры для проведения термоэлектрических обработок. Более детально данная камера изображена в правой части фиг. 2. Обрабатываемый образец 2 закрепляется между двумя электродами 1. Для обеспечения регулирования необходимой плотности тока при термической обработке конструкция камеры позволяет использовать цилиндрические нагреватели, изготовленные из различных материалов с разным удельным сопротивлением, которые устанавливаются между электродами 1 и образцом. Вертикальное движение верхнего электрода обеспечивается установкой вакуумного сильфона. Электроды 1 установлены соосно и обеспечивают надежное закрепление образца между ними. В процессе всего эксперимента осуществляется контроль температуры образца при помощи впаянной в его боковую сторону термопары 3. Вакуумная камера имеет смотровое окно 6 для визуального контроля процесса термообработки. В камере предусмотрена опция установки дополнительных электродов 4 для подключения нагревателя 5. Данная опция необходима для получения референтного образца, подвергнутого термической обработке при той же температуре, но в отсутствии электрического тока.Next, the reaction crucible is heat treated for 3-12 hours in the presence of an electric current with a density of 10-10 ³ A / mm ² , followed by quenching in water. Thermoelectric treatment is carried out in a protective atmosphere of an inert gas or in a vacuum. FIG. 2 shows a general view of a working water-cooled chamber for conducting thermoelectric treatments. This camera is shown in more detail on the right side of FIG. 2. The processed sample 2 is fixed between two electrodes 1. To ensure the regulation of the required current density during heat treatment, the design of the chamber allows the use of cylindrical heaters made of various materials with different resistivity, which are installed between the electrodes 1 and the sample. The vertical movement of the upper electrode is provided by the installation of a vacuum bellows. Electrodes 1 are installed coaxially and provide reliable fixation of the sample between them. During the entire experiment, the temperature of the sample is monitored using a thermocouple 3 soldered into its lateral side. The vacuum chamber has a viewing window 6 for visual control of the heat treatment process. The chamber provides the option of installing additional electrodes 4 to connect the heater 5. This option is necessary to obtain a reference sample heat treated at the same temperature, but in the absence of electric current.

Для расширения области применимости разработанного способа были созданы две опции, позволяющие производить обработку постоянным и переменным током высокой плотности. Принципиальные схемы установок представлены на фиг. 3 и фиг. 4 соответственно.To expand the area of applicability of the developed method, two options were created that allow processing with high-density direct and alternating current. Schematic diagrams of installations are shown in Fig. 3 and FIG. 4 respectively.

Управление экспериментом осуществляется с персонального компьютера через специально разработанный программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий контроль температуры, силы тока и режима термообработки.The experiment is controlled from a personal computer through a specially developed hardware and software complex that provides control of temperature, current and heat treatment mode.

В течение термоэлектрической обработки за счет прохождения твердо-жидкофазной реакции между компонентами происходит их взаимное растворение, сопровождающееся образованием интерметаллических соединений.During thermoelectric treatment, due to the passage of a solid-liquid-phase reaction between the components, their mutual dissolution occurs, accompanied by the formation of intermetallic compounds.

После термоэлектрической обработки производиться исследование областей с взаимной диффузией высокопроизводительными методами анализа с целью определения элементного и фазового состава фаз, а также исследования их физических свойств.After thermoelectric treatment, the study of areas with interdiffusion is carried out by high-performance methods of analysis in order to determine the elemental and phase composition of the phases, as well as to study their physical properties.

Описание примера реализации разработанного способа. На фиг. 5 представлены фотографии, полученные на поперечном шлифе реакционных тиглей бинарной системы Fe-Sn, подвергнутых изотермической обработке при температуре 800°С в течение 3 часов в трех режимах: в отсутствии электрического тока, под действием постоянного (DC) и переменного (АС) токов. Как видно из рисунка, в отсутствии электрического тока за время обработки на границе раздела двух фаз из-за протекания твердо-жидкофазной реакции образовался интерметаллид Fe₃Sn₂. Причем ширина диффузионного слоя составила 20 мкм. В ходе дальнейших экспериментов, направленных на исследование влияния времени обработки на процесс фазообразования в диффузионной зоне реакционного тигля, было установлено, что образование интерметаллида Fe₃Sn происходит после 24 часового отжига. Присутствие фазы со стехиометрическим соотношением Fe₅Sn₃, так же как и в опубликованных работах, не было обнаружено даже после 10-дневного отжига.Description of an example of implementation of the developed method. FIG. 5 shows photographs obtained on a cross-section of reaction crucibles of the binary system Fe-Sn, subjected to isothermal treatment at 800 ° C for 3 hours in three modes: in the absence of electric current, under the action of direct (DC) and alternating (AC) currents. As can be seen from the figure, in the absence of electric current during the treatment at the interface between the two phases, due to the occurrence of a solid-liquid phase reaction, an intermetallic compound Fe ₃ Sn _{2 was formed} . Moreover, the width of the diffusion layer was 20 μm. In the course of further experiments aimed at studying the effect of the treatment time on the phase formation process in the diffusion zone of the reaction crucible, it was found that the formation of the Fe ₃ Sn intermetallic compound occurs after 24 hours of annealing. The presence of a phase with a stoichiometric ratio of Fe ₅ Sn ₃ , as in the published works, was not detected even after 10 days of annealing.

Приложение постоянного электрического тока приводит к направленному растворению железа в олове. Как видно из микрофотографий, электрический ток позволил увеличить скорость диффузии на несколько порядков. Анализ фазового состава полученных соединений показал присутствие одной фазы со стехиометрическим соотношением Fe₃Sn₂, но обладающей гексагональной кристаллической структурой, характерной для фазы Fe₅Sn₃. Стоит отметить, что проведенные дополнительные исследования показали, что данная фаза присутствует во всем интервале температур стабильности фазы Fe₅Sn₃. Таким образом, было обнаружено, что приложение постоянного тока приводит к увеличению растворимости компонент диффузионной фазы и к смещению фазового равновесия. Главной особенностью обработки в данном режиме тока является невозможность получения равновесные фазовые диаграммы. Вместе с тем, обработка по описанному режиму позволила стабилизировать новую фазу, которая ранее не исследовалась.The application of a direct electric current leads to the directional dissolution of iron in tin. As can be seen from the micrographs, the electric current made it possible to increase the diffusion rate by several orders of magnitude. Analysis of the phase composition of the obtained compounds showed the presence of one phase with a stoichiometric ratio of Fe ₃ Sn ₂ , but with a hexagonal crystal structure characteristic of the Fe ₅ Sn ₃ phase. It should be noted that additional studies have shown that this phase is present in the entire temperature range of stability of the Fe ₅ Sn ₃ phase. Thus, it was found that the application of a direct current leads to an increase in the solubility of the components of the diffusion phase and to a shift in phase equilibrium. The main feature of processing in this current mode is the impossibility of obtaining equilibrium phase diagrams. At the same time, the treatment according to the described regime made it possible to stabilize a new phase, which had not been previously studied.

В случае применения переменного тока происходит стабилизация всех возможных интерметаллических соединений, представленных на равновесной фазовой диаграмме при заданной температуре эксперимента. Стоит отметить, что как и в случае с постоянным током, обнаруженная в расплаве фаза обладает химическим составом Fe₃Sn₂, но имеет гексагональную структуру. В то время как на границе раздела фаз обнаружена фаза с таким же стехиометрическим соотношением Fe₃Sn₂ и орторомбической кристаллической структурой, которая характерна для равновесного состояния.In the case of using alternating current, stabilization of all possible intermetallic compounds, presented in the equilibrium phase diagram at a given temperature of the experiment, occurs. It should be noted that, as in the case of direct current, the phase detected in the melt has the chemical composition Fe ₃ Sn ₂ , but has a hexagonal structure. At the same time, a phase with the same stoichiometric ratio Fe ₃ Sn ₂ and an orthorhombic crystal structure, which is characteristic of the equilibrium state, is found at the interface.

Изменение типа кристаллической структуры приводит к различным типам магнитокристаллической анизотропии, ключевому параметру, обеспечивающему магнитотвердые свойства материалов. Так, орторомбическая фаза характеризуется одноосным типом анизотропии, о чем свидетельствуют исследования магнитной доменной структуры, представленные на фиг. 6. Однако гексагональная фаза характеризуется типом анизотропии легкая плоскость. Во включениях данной фазы наблюдается полосовая доменная структура.Changing the type of crystal structure leads to different types of magnetocrystalline anisotropy, a key parameter that ensures the hard magnetic properties of materials. Thus, the orthorhombic phase is characterized by a uniaxial type of anisotropy, as evidenced by the studies of the magnetic domain structure shown in Fig. 6. However, the hexagonal phase is characterized by the easy plane anisotropy type. In inclusions of this phase, a stripe domain structure is observed.

Таким образом, разработанный метод комбинаторного анализа позволяет получать изотермические срезы многокомпонентной диаграммы во всем интервале концентраций компонент за один эксперимент, а также выстраивать равновесные фазовые диаграммы состояния изучаемых систем. Применение электрического тока позволяет решить проблему исчезнувших фаз в технике реакционных тиглей, и одновременно значительно сокращает время эксперимента, что увеличивает производительность разработанного метода.Thus, the developed method of combinatorial analysis makes it possible to obtain isothermal sections of a multicomponent diagram in the entire range of component concentrations in one experiment, as well as to build equilibrium phase diagrams of the state of the systems under study. The use of electric current makes it possible to solve the problem of disappeared phases in the technique of reaction crucibles, and at the same time significantly reduces the time of the experiment, which increases the productivity of the developed method.

Разработанный метод в объединении с высокопроизводительными методами анализа магнитных свойств, основанных на изучении магнитной доменной структуры, позволяет вести поиск новых метастабильных соединений, отличающихся одноосной магнитной анизотропией при комнатной температуре, которые не существуют в равновесных условиях. Данное превосходство обусловлено применением электрического тока во время термообработки, что увеличивает растворимость компонентов изучаемой системы и приводит к смещению фазового равновесия.The developed method, combined with high-performance methods for the analysis of magnetic properties based on the study of the magnetic domain structure, makes it possible to search for new metastable compounds characterized by uniaxial magnetic anisotropy at room temperature, which do not exist under equilibrium conditions. This superiority is due to the use of electric current during heat treatment, which increases the solubility of the components of the system under study and leads to a shift in phase equilibrium.

Claims

A method for combinatorial production of material composites in a multicomponent system, including the manufacture of a reaction crucible from a refractory material containing one or more elements of the multicomponent system under study, placing the remaining components inside the crucible, carrying out electrothermal treatment to ensure the mutual diffusion of components with the formation of intermetallic compounds in the multicomponent system, and subsequent quenching and determination of the phase composition in the area of mutual diffusion of components and the elemental composition of the phases, characterized in that the electrothermal treatment is carried out in a constant, alternating or pulsed mode of high-density current supply from 10 to 1000 A / mm ² and a temperature of 200-3300 ° C for 3 -12 hours providing the synthesis of intermetallic compounds.