SU1206664A1

SU1206664A1 - Method of obtaining binary constitution diagrams

Info

Publication number: SU1206664A1
Application number: SU843717767A
Authority: SU
Inventors: Николай Тимофеевич Гладких; Семен Петрович Чижик; Виталий Иванович Ларин; Людмила Константиновна Григорьева; Владимир Николаевич Сухов; Рудольф Никитич Куклин
Original assignee: Харьковский государственный университет
Priority date: 1984-04-02
Filing date: 1984-04-02
Publication date: 1986-01-23

Abstract

Изобретение относитс к физико-химическому анализу фазовых равновесий двухкомпонентных систем. Цель изобретени - упрощение.и ускорение способа, получени диаграмм состо ни двухкомпонентных сплавов4 На инертную подложку конденсируют чистые компоненты испытуемой системы , испар ющиес в вакууме от двух линейных источников, расположенных параллельно один другому в плоскости , параллельной поверхности под- ложки. Нагрев и охлаждение подложки производ т одновременно с двух противоположных сторон ее в направлении, перпендикул рном направлению расположени линейчатых источников. Подложку с одной стороны нагревают до температуры плавлени более тугоплавкого компонента,, а с противоположной поддерживают при комнатной температуре лп установлени термодина-, мического равновеси . 2 ил.This invention relates to the physicochemical analysis of phase equilibria of two-component systems. The purpose of the invention is to simplify and accelerate the method of obtaining state diagrams of two-component alloys. The inert substrate condenses the pure components of the system under test, evaporating in vacuum from two linear sources parallel to one another in a plane parallel to the surface of the substrate. The substrate is heated and cooled simultaneously from two opposite sides in the direction perpendicular to the direction of the line sources. On the one hand, the substrate is heated to the melting point of the more refractory component, and on the opposite side, the thermodynamic equilibrium is maintained at room temperature. 2 Il.

Description

Изобретение относитс к физико- химическому анализу фазовых равно- .вески двухкомпонечтных систем и может быть использовано дл получени фазовых диаграмм состо ни двухком- понентных сплавов в металлофизике, физической металлургии, металловедении и физике твердого тела.The invention relates to the physicochemical analysis of phase equivalences of two-component systems and can be used to obtain phase diagrams of the state of two-component alloys in metal physics, physical metallurgy, metallurgy, and solid state physics.

Цель изобретени - упрощение и ускорение способа получени диаграмм состо ни двухкомпонентных сплавов.The purpose of the invention is to simplify and accelerate the method for producing state diagrams of two component alloys.

На фиг.1 изображена схема дл осуществлени способа, на которой представлено относительное расположение элементов при получении диаграммы сост о ний; на фиг. 2 - диаграмма Состо ний.Fig. 1 shows a diagram for carrying out the method, in which the relative position of the elements is shown when obtaining the status diagram; in fig. 2 is a state diagram.

На схеме (фиг.1) показаны подложка 1 , нагреватели 2, термопары 3, датчики 4 определени толщины, испарители 5 чистых компонентов, испаритель 6 углерода. Векторами С -и Т обозначено направление изменени концентраций и температуры соответственно . Температура определ етс в отдельных точках с помощью дифференциальных хромель-алюмине- вых термопар, приваренных к обратной стороне подложки.The diagram (Fig. 1) shows the substrate 1, heaters 2, thermocouples 3, thickness sensors 4, evaporators 5 pure components, carbon evaporator 6. The vectors C - and T indicate the direction of change in concentrations and temperature, respectively. The temperature is determined at individual points using differential chromel-aluminum thermocouples welded to the back side of the substrate.

Способ осуществл етс следующим образом.The method is carried out as follows.

На инертную подложку 1 конденсируют чистые компоненты испытуемой системы, испар ющиес в вакууме от двух линейчатых источников, расположенных параллельно один другому на рассто нии L в плоскости, параллельной поверхности подложки. Нагреватели 2 располагаютс с двух противоположных сторон подложки параллельно друг другу и перпендикул рно по отношению к /1спарител м 5. Такое относительное расположение испарителей 5 и нагревателей 2 обеспечивает взаимоцерпендикул рное распределение на поверхности подложки концентраций компонентов испытуемой системы от градиента темпрературы, т.е. построение ее диаграммы состо ний.The inert substrate 1 is condensed with pure components of the system under test, evaporating in vacuum from two line sources arranged parallel to one another at a distance L in a plane parallel to the surface of the substrate. The heaters 2 are located on two opposite sides of the substrate parallel to each other and perpendicular to the ratio of 1 of evaporators 5. This relative position of the evaporators 5 and heaters 2 ensures that the concentrations of the components of the system under test are mutually perpendicular to the substrate surface, i.e. plotting its state diagram.

Концентраци компонентов в пленке измен етс от одного чистого компонента до другого, реализу весь набор составов дл сплавов двухком- понентной системы . Контроль за получаемыми концентратами в процессе конденсации производ т с помощью кварцевых резонаторов, определ юйдах количество конденсируемых компонен066642The concentration of components in the film varies from one pure component to another, realizing the entire set of compositions for alloys of a two-component system. Control of the resulting concentrates during the condensation process is carried out using quartz resonators, determined by the number of condensable components

тов. Подложку с одной стороны нагревают до температуры плавлени более тугоплавкого компонента, а с противоположной поддерживают при ком5 натной температуре дл установлени термодинамического равновеси . Созданный на подложке градиент температур включает температуры ликвидуса и солидуса всех наборов сплавов двухкомtO понентной системы. По достижении термодинамического равновеси устанавливаетс определенное распределение фаз, завис щее от состава (концентраций ) и температуры в данном местеComrade On one side, the substrate is heated to the melting point of the more refractory component, and on the opposite side, it is maintained at room temperature to establish thermodynamic equilibrium. The temperature gradient created on the substrate includes the liquidus and solidus temperatures of all the sets of alloys of the two-component O-system. Upon reaching thermodynamic equilibrium, a definite phase distribution is established, depending on the composition (concentration) and temperature at that location.

15 подложки.15 substrate.

Визуально обнаруживаютс границы между област ми с различным фазовым составом, положени которых соответствуют диаграмме состо ний изучаемойThe boundaries between regions with different phase composition, whose positions correspond to the state diagram of the studied state, are visually detected.

20 двухкомпонентной системы.20 two-component system.

. Реализаци способа иллюстрируетс получением диаграммы состо ний системы сплавов висмут - олово. В качестве подложки используют пр мо25 угольную пластину из нержавеющей -. стали. По ширине пластины параллель- .но один другому устанавливают нагреватели в виде медных блоков с цилиндрическими полост ми по оси. Че ,- рез один из блоков пропускают воду дл охлаждени одной из сторон подложки до комнатной температуры. Другой блок нагревают посредством электрической спирали, проход щей через полость, блока, до температу ры плавлени Bi - более .тугоплавкого компонента в данной системе. К тыльной стороне подложки приваривают хромель-алгомелевые термопары дл контрол температуры. Источники. The implementation of the method is illustrated by obtaining a state diagram of a bismuth-tin alloy system. As a substrate, a stainless straight stainless plate is used. become. The heaters are installed parallel to one another along the width of the plate in the form of copper blocks with cylindrical cavities along the axis. Che, a cut of one of the blocks passes water to cool one of the sides of the substrate to room temperature. The other block is heated by means of an electric spiral passing through the cavity of the block to the melting temperature of Bi — more than a heat-melting component in this system. Chromel-Algomel thermocouples are welded to the back side of the substrate to control the temperature. Sources

в виде двух -линейчатых танталовых лодочек, сбдержащих особо чистые Bi и Sn (99,9999 вес.%), устанавливаютс на одинаковом рассто нии от подложки при взаимно перпендикул р ном расположении осей нагревателей и источников. Дл предотвращени взаимодействий Sn и Bi с материалом подложки на последнюю предварительно нанос т аморфного углеродную in the form of two-line tantalum boats, holding together highly pure Bi and Sn (99.9999 wt.%), are set at the same distance from the substrate, with the axes of the heaters and sources mutually perpendicular to each other. To prevent Sn and Bi interactions with the substrate material, amorphous carbon dioxide is preliminarily deposited onto the latter.

5 пленку распылением в вакууме от испарител 6 (фиг.1) толщиной 20-30 нм. Испарение чистых компонентов Sn и Bi осуществл етс при разрежении5 film by spraying in a vacuum from the evaporator 6 (Fig. 1) with a thickness of 20-30 nm. Evaporation of the pure Sn and Bi components takes place under vacuum.

Г И G and

10 - 10 мм рт.ст., созданном без- 55 масл ной системой откачки. После завершени конденсировани металлов вдоль подложки создаетс градиент температур от 300 до 600 К и под310 - 10 mm Hg, created without an oil pumping system. Upon completion of the condensation of the metals along the substrate, a temperature gradient of from 300 to 600 K and under 3 is created.

ложка с пленкой выдерживаетс в течение 1 ч при данном градиенте дл установлени термодинамического равновеси сплава, по тол1Щ1не пленки. После установлени вдоль подложки градиента температур на пленке вьще л ютс области, разделенные четкими границами, положение которых определ етс только концентрацией и температурой нанесенных металлов. Положение этих границ- не измен етс после охлаждени подложки до ком- натной.температуры .в вакууме и извлечени ее на воздух.the spoon with the film is kept for 1 hour with this gradient to establish the thermodynamic equilibrium of the alloy, over the thickness of the film. After the temperature gradient on the film has been established along the substrate, the areas separated by clear boundaries, the position of which is determined only by the concentration and temperature of the deposited metals, are better. The position of these boundaries does not change after the substrate is cooled to room temperature. In vacuum and removed to air.

Полученные экспериментальные значени температур и концентраций границ раздела между област ми в пленке на подложке, помеченные на фиг.2 показьшают, что эти границы соответствуют лини м, раздел ющим области с разным фазовым составом на известной диаграмме состо ни 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 благодар непрерывному изменению их состава и температуры в координатах поверхности подложкиThe experimental values of the temperatures and concentrations of the interfaces between the regions in the film on the substrate, marked in Fig. 2, show that these boundaries correspond to the lines separating the regions with different phase composition in the well-known tin-bismuth system state diagram. Thus, the boundary B in figure 2 corresponds to the eutectic temperature, the boundary S is the solidus line and the boundary D is the change in the solubility of bismuth in solid tin with temperature, i.e. condensed alloys films due to continuous changes in their composition and temperature in the surface coordinates of the substrate

Фиг.11

позвол ют визуально наблюдать состо ни , отвечающие и согласующиес с диаграммой состо ни данной си.стемы.allow you to visually observe the conditions corresponding to and consistent with the state diagram of the system.

Claims

Invention Formula

The method of obtaining state diagrams of two-component alloys, including evaporation in vacuum of the pure components of the system under test

line sources parallel to each other in a plane parallel to the surface of the inert substrate, condensing evaporated components on the substrate surface in the form of a film of variable composition, heating the substrate with a condensed film to a temperature corresponding to a certain phase state of the system, and cooling to room temperature t, in order to simplify and speed up the process,

. V.

the heating and deposition of the substrate are carried out simultaneously, from two opposite sides in the direction perpendicular to the direction of the line sources, and one side is heated to the melting point of the more refractory

component of the system under test, and the other is maintained at a nominal temperature.

2