авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Связь электросопротивления сплавов на основе меди и цинка с термической деформацией

На правах рукописи

ИСХАКОВ МАРАТ ЭДУАРДОВИЧ

СВЯЗЬ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ СПЛАВОВ

НА ОСНОВЕ МЕДИ И ЦИНКА С ТЕРМИЧЕСКОЙ

ДЕФОРМАЦИЕЙ

Специальность:

01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

2

Махачкала – 2011

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Государственного обра зовательного учреждения высшего профессионального образования «Дагестанский государственный университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Мурлиева Жарият Хаджиевна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Гельчинский Борис Рафаилович доктор физико-математических наук, Каллаев Сулейман Нурулисламович

Ведущая организация:

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН

Защита состоится 2 июня 2011 года в 1600 часов на заседании диссертацион ного совета Д 002.095.01 при Институте физики ДНЦ РАН по адресу:

367003, г. Махачкала, пр. Шамиля, 39А Отзывы на автореферат просьба направлять по адресу:

367003, г. Махачкала, ул. М. Ярагского, д.94, Институт физики ДНЦ РАН, секретарю диссертационного совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики ДагНЦ РАН Автореферат разослан 30 апреля 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук А.Б. Батдалов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Работа направлена на решение фундаменталь ной задачи по установлению природы формирования потенциала рассеяния электронов, определяемого ангармонизмом колебаний атомов при тепловых возбуждениях решетки, в рамках проблемы создания феноменологической теории нелинейных неравновесных процессов в конденсированных средах.

Установление функциональных связей электросопротивления с термической деформацией решетки атомов в бинарных твердых растворах, электронных соединениях и механических смесях на их основе, представляет существен ный вклад в решение указанной проблемы.

Известные теоретические модели рассеяния квазичастиц на тепловых возбуждениях в конденсированных средах не позволяют проводить количе ственные оценки температурных зависимостей электросопротивлений метал лов и сплавов. Более того, пока нельзя предсказать особенности электронной проводимости новых материалов, в том числе наночастиц, а также много функциональных объектов и компонентов электронной техники, создавае мых на основе современных технологий. В связи с чем, при решении указан ных выше проблем актуален поиск новых путей и подходов, явно учиты вающих ангармонизм колебаний атомов.

Доступным способом расчета кинетических коэффициентов является метод, основанный на решении кинетических уравнений. Решение линеари зованного кинетического уравнения ищут, исходя из феноменологического уравнения переноса. Оценка времени релаксации рассеяния соответствую щих квазичастиц путем решения этого уравнения предполагает знание ис тинного рассеивающего потенциала. При количественных расчетах кинети ческих коэффициентов точные значения констант деформационных потен циалов получают из экспериментов, не имеющих отношения к рассеянию электронов на фононах. Такая процедура позволяет учесть нарастание ангар монизма при изменении параметров состояния вещества с температурой. На пример, обобщенные значения деформационных потенциалов рассеяния электронов для каждого из равновесных состояний металлов и сплавов мож но определить по данным термической деформации.

Развитие теории рассеяния квазичастиц в упорядоченной и неупорядо ченной фазах, а так же в сплавах с сильным статическим беспорядком, требу ет, в свою очередь, решения проблемы установления истинного деформаци онного потенциала рассеяния электронов в этих фазах. Значительный инте рес в рамках этой проблемы представляют экспериментальные исследования электросопротивления и теплового расширения сплавов на одних и тех же образцах, в одних и тех же условиях для установления роли термической де формации при формировании потенциала рассеяния электронов.

Цель работы. Исследование связи электросопротивления с термиче ской деформацией в бинарных сплавах на основе меди и цинка, представ ляющих собой твердые растворы, электронные соединения и их механиче ские смеси, для установления роли нарастания эффекта ангармонизма коле баний атомов, в среднем по решетке, при формировании потенциала рассея ния электронов в этих сплавах Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- In situ измерения температурных зависимостей электросопротивления и коэффициента теплового расширения твердых растворов, электронных со единений и их механических смесей на основе меди и цинка в широком интервале температур;

- Установление связи между этими свойствами на основе корреляционного анализа и определение характеристических электросопротивлений для ка ждой из фаз;

- Выявление факторов, определяющих характеристические электросопро тивления для исследованных сплавов, и определение механизмов рассея ния электронов на тепловых возбуждениях в каждой из фаз.

Научная новизна:

Проведены in situ исследования электросопротивления и теплового расширения твердых растворов Cu-Zn, в том числе претерпевающих упоря дочение, и механических смесей на их основе в широком интервале темпера тур, а так же корреляционный анализ связи электросопротивления с термиче ской деформацией решетки.



Показано, что в гамма фазе, в отличие от бета фазы, температурные за висимости производных сопротивления и абсолютной деформации по темпе ратуре насыщаются в упорядоченной и неупорядоченной фазах. Температур ные зависимости электросопротивления и теплового расширения механиче ских смесей: +, + и + наследуют аномалии свойств электронных соеди нений, связанные с переходом соответствующих фаз в упорядоченное состоя ние и в состояние со статическим беспорядком.

Установлено, что зависящий от температуры вклад в общее электросо противление в каждой из фаз, линейно связан с произведением коэффициен та теплового расширения на температуру. Угловой коэффициент в этих зави симостях представляет собой характеристическое электросопротивление для каждой фазы. Концентрационная зависимость характеристического элек тросопротивления сплавов близка к аддитивной кроме -упорядоченной фа зы, - и - латуней. Аномально низкое значение характеристического элек тросопротивления для -упорядоченной фазы связано с возрастанием пе риодичности потенциала решетки. Относительно высокие значения для - и - фаз связаны с тем, что потенциал рассеяния в этих фазах зависит не только от увеличения межатомного расстояния, но и от возрастания статического беспорядка.

На защиту выносятся:

1. Структурные особенности, а так же явления упорядочения и статиче ского беспорядка соответствующих фаз электронных соединений на ос нове меди и цинка, приводят к существенному различию абсолютных значений и характера температурных зависимостей электросопротивле ния и теплового расширения. Температурные зависимости электросо противления и теплового расширения механических смесей: +, + и + наследуют аномалии свойств электронных соединений, связанные с переходом соответствующих фаз в упорядоченное состояние и в со стояние со статическим беспорядком.

2. В гамма фазе, в отличие от бета фазы, температурные зависимости про изводных сопротивления и абсолютной деформации по температуре на сыщаются в упорядоченной и неупорядоченной фазах.

3. Зависящий от температуры вклад в общее электросопротивление в каж дой из фаз линейно связан с произведением коэффициента теплового расширения на температуру.

4. Концентрационная зависимость характеристического электросопро тивления сплавов близка к аддитивной кроме -упорядоченной фазы, - и - латуней. Отклонение от аддитивной зависимости связано с воз растанием статического порядка для -латуни и беспорядка для - и латуней.

Практическая ценность работы. Метод эмпирической оценки кине тического коэффициента в уравнении переноса заряда по данным термиче ской деформации при различных температурах позволяет установить значе ния характеристических электросопротивлений веществ в различных фазо вых состояниях. Способ оценки значений характеристического электросо противления открывает перспективу получения объективных данных по тем пературным зависимостям электросопротивления проводников субмикрон ных размеров в различных фазах по результатам исследования коэффициента теплового расширения, например, рентгеновским методом.

Возможность получения этих данных существенно повысит эффектив ность численных методов эксперимента по определению свойств таких объ ектов, а также методов прогнозирования значений электросопротивления при создании соответствующих материалов и компонентов электронной техники.





Полученные в работе результаты указывают на определяющую роль термической деформации при формировании потенциала рассеяния электро нов на элементарных тепловых возбуждениях в сплавах. В связи с чем, они будут востребованы при развитии теории рассеяния квазичастиц в проводни ках, основанной на более реалистичной модели формирования сечения рас сеяния электронов, чем модель, учитывающая лишь возрастание амплитуды при неизменном равновесном расстоянии между атомами интерполяцион ное выражение Грюнайзена.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Междунар. конференциях “Фазовые переходы и критические явления в кон денсированных средах (Махачкала, 2002, 2005);

Всероссийск. конференциях "Физическая электроника" (Махачкала, 2003, 2006);

IV Междунар. семинарах "Фазовые переходы и нелинейные явления в конденсированных средах" (Ма хачкала, 2005);

IX и Х Российск. конференциях по теплофизическим свойст вам веществ (С-Петербург, 2005;

Москва, 2008);

Х - ХIII Междунар. симпо зиумах «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (Ростов-на-Дону, 2007 2010).

Публикации: автором опубликовано всего 20 работ. Основных публи каций по теме диссертации 9, в том числе 4 статьи в центральных рецензи руемых научных журналах из списка ВАК.

Исследования, проведенные в настоящей работе, поддержаны гранта ми: РФФИ Юг России № 06-02-96611 «Закономерности формирования сече ния рассеяния квазичастиц при термической деформации материалов выше и ниже температур фазовых переходов второго рода и инверсии знака ангар монизма» 2006-2007гг. и № 09-02-96503-р_юг_а «Особенности формирова ния сечения рассеяния элементарных электронных и тепловых возбуждений в металлических твердых растворах различного типа» 2009 2011гг.

Диссертация является обобщением исследований автора, выполненных непосредственно им на кафедре физики твердого тела. Все представленные результаты по электросопротивлению и коэффициенту теплового расширения и образцы для исследования получены лично автором. Математическая и графическая обработка полученных результатов также проведена лично авто ром. Планирование работы, постановка задачи исследования, корреляционный анализ полученных результатов, расчет характеристических параметров, ин терпретация и обобщение выводов проведены совместно с Мурлиевой Ж.Х. и Палчаевым Д.К.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Мур лиевой Ж.Х. и научному консультанту по работе – профессору Палчаеву Д.К.

(кафедра физики твердого тела Дагестанского госуниверситета);

Самудову Ш.М. (кафедра физической электроники Дагестанского госуниверситета) за помощь по определению химического состава полученных сплавов, Пашуку Е.Г. (кафедра экспериментальной физики Дагестанского госуниверситета) за исследования упругих свойств сплавов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 10 приложений (таблиц данных), изложенных на 135 страни цах, содержит 51 рисунок, 3 таблицы, список цитируемой литературы из источников и список основных опубликованных работ автора из 40 наимено ваний.

Во введении отражена актуальность поставленной в работе проблемы, сформулирована цель и перечислены задачи, решение которых было необхо димо для ее достижения. Обосновывается выбор подходов к решению данной проблемы и объектов исследования, представлены основные защищаемые по ложения, научная и практическая ценность, а также новизна полученных ре зультатов.

В первой главе приведены результаты анализа теоретических моделей рассеяния электронов на тепловых возбуждениях решетки и некоторые эм пирические факты. Показано, что конечность электропроводности, обуслов ленной рассеянием на тепловых колебаниях атомов, связывается в основном, с нарастанием амплитуды колебаний атомов. При этом эффектом ангармо низма колебаний, приводящим к изменению равновесного межатомного рас стояния и явному ослаблению сил взаимодействия между атомами полно стью пренебрегается. Теории электросопротивления и теплового расшире ния, основанные на гармоническом и квазигармоническом приближениях, не позволяют проводить количественные расчеты, поэтому экспериментальные исследования остаются пока единственным способом оценки этих свойств.

Отмечается, что накопление данных по свойствам чистых металлов и соответствующий корреляционный анализ, позволили эмпирически выявить удобный для расчетов параметр, адекватно отражающий формирование сече ния рассеяния квазичастиц на тепловых возбуждениях решетки ионов, экра нированных обобществленными электронами. Было установлено [1], что фононное электросопротивление чистых металлов из различных групп таб лицы Менделеева линейно связано с их термической деформацией (V/T)p(T V):

i = 0 + ph = 0 + *iТ, (1) где ph - фононное электросопротивление металлов при температурах Ti, * – характеристическое фононное электросопротивление. По сути * это теоре тический предел сопротивления для каждого металла, определяемый мини мальной длиной свободного пробега электрона.

Однако вопрос о природе формирования сечения рассеяния в сплавах остается открытым. Наличие закономерности, связывающей фононное элек тросопротивление с термической деформацией при любой температуре, для нормальных металлов явилось основой для решения проблемы интерпрета ции электросопротивления в сплавах, в том числе упорядочивающихся.

Во второй главе приводятся способ изготовления сплавов, методы анализа количественного состава и общая характеристика образцов для ис следования. Описаны методика и экспериментальная установка для in situ ис следований электросопротивления и коэффициента теплового расширения (КТР) металлов на одном и том же образце в интервале 80-1000К.

Показано, что предельная погрешность измерения электросопротивле ния определяется, в основном, погрешностью определения длины и сечения рабочего участка. Она не превышает 0,5%. Предельная погрешность оценки КТР определяется, в основном, погрешностью определения изменения длины образца (10-1м) и не превышает 2-1% при температурах 300-1000К, соответ ственно.

Контрольные измерения на меди марки МО и нержавеющей стали мар ки 1Х18Н9Т, подтвердили результаты оценки соответствующих погрешно стей.

Достоверность данных по электросопротивлению () и тепловому рас ширению латуней, полученных в работе, обеспечивается хорошим согласием результатов по этим свойствам большого числа чистых металлов, исследо ванных на той же установке. Погрешность оценки КТР в широком интервале температур менялась в пределах 15% в зависимости от длины образца и аб солютных значений КТР.

В третьей главе приведены результаты исследования электросопро тивления и термической деформации ряда ограниченных твердых раство ров, электронных соединений и их механических смесей на основе меди и цинка:

- твердые растворы;

-, -, - электронные соединения;

механи ческие смеси - +-, +-, +-, +. Показано, что значения остаточных сопротивлений - твердых растворов подчиняются правилу Нордгейма.

На температурных зависимостях и коэффициента теплового расши рения -латуни (рис. 1а и 1б) наблюдаются особенности, связанные с пе реходом структуры из упорядоченного в неупорядоченное (фазовый пе реход II рода) состояние при 730К и эвтектоидным распадом -фазы на - и -фазы при температуре 530К. Упорядоченная фаза -латуни имеет ОЦК структуру, где атомы Cu и Zn строго чередуются вдоль диагонали куба, в неупорядоченной фазе в той же ОЦК структуре атомы занимают произвольные позиции.

730K 0,16 а б 106, Omm 730K 0, 745K + 0, 530K 0, 530K 0,08 0, 0, 300 400 500 600 700 800 900 1000 300 400 500 600 700 800 900 T,K T,K Рис. 1. Зависимости =f(T) и =f(T) -латуни (~46,1 вес.% Zn +53,9 вес.% Cu).

На температурных зависимостях электросопротивления и КТР латуни (рис. 2а и 2б) проявляются особенности, связанные с тем, что вблизи 560К решетка этого сплава претерпевает переход от ромбической к слож ной ОЦК структуре. Переход -латуни к ОЦК структуре (более упорядо ченной и симметричной) сопровождается уплотнением решетки за счет раз рушения слабых связей в асимметричной ромбической структуре, о чем сви детельствует насыщение зависимости КТР.

0, - 10, Omm а б 560K 10,K 0, 560K 0, 0,14 0, 0, 0,08 300 400 500 600 700 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 T,K T,K Рис. 2. Зависимости =f(T) и =f(T) -латуни (~65,1 вес.% Zn +34,9 вес.% Cu) Значения электросопротивления -латуни выше, чем у других спла вов. Температурная зависимость электросопротивления -латуни (рис. 3а и 3б) носит регулярный характер, поскольку в этом сплаве нет фазового и структурного перехода. Температурная зависимость КТР имеет тенденцией насыщения выше 500К.

0,30 - а б 10,K 10 Omm 0, 0, 0, 0, 0, 0,18 0, 250 300 350 400 450 500 550 600 650 200 300 400 500 600 T,K T,K Рис. 3. Зависимости =f(T) и =f(T) -латуни (~82,6 вес.% Zn + 17,4 вес.% Cu) Фазовый переход «атомный порядок-беспорядок», свойственный -латуни, наследуется механическими смесями + (рис. 4а и 4б) и + (рис. 5а и 5б), причем, скачки производных электросопротивления и дли ны образца по температуре, приходятся на температуру Курнакова латуни. Однако на ход температурной зависимости КТР в смеси + вблизи ТК сильнее сказывается влияние особенностей поведения -фазы.

730K б 0,14 730K 106 Omm а 0, + 0,12 530K 530K 0,11 0, 0, + 0, 0, 0,06 300 400 500 600 700 800 300 400 500 600 700 800 900 T,K T,K Рис. 4. Зависимости =f(T) и =f(T) смеси (+) 41,8вес.% Zn+58,2вес.%Cu.

730K 730K 0,26 а б - 10 Omm 10,K 0, 0, + 0, 530K 530K 0, 0,16 0, 0, + 0, 0, 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 T,K T,K Рис. 5. Зависимости =f(T) и =f(T) смеси (+) 53,0 вес.% Zn+47,0 вес.%Cu.

Зависимости =f(T) и =f(T) механические смеси + и + представ лены на рисунках 6а и 6б и 7а и 7б соответственно 10 Omm 0,16 560K - а б 10,K 0,14 + 0, 0, + 0, 300 400 500 600 700 300 400 500 600 700 T,K T,K Рис. 6. Зависимости =f(T) и =f(T) твердого раствора (+) 73,3 вес.% Zn+26,7 вес.% Cu.

0, 10 Omm - б 10,K а 0, 0, 0, 0, 0,10 0, + 0, 0, 300 350 400 450 500 550 600 300 350 400 450 500 550 600 T,K T,K Рис. 7. Зависимости =f(T) и =f(T) твердого раствора (+) 87,8 вес.% Zn+2, вес.% Cu.

Отклонение концентрационной зависимости коэффициента теплового расширения при 300К от аддитивной отрицательно, что свидетельствует о некотором усилении сил межатомного взаимодействия. При повышении тем пературы до 800К эта зависимость приближается к аддитивной.

Отклонение концентрационной зависимости электросопротивления от аддитивной положительно. Наблюдаются особенности: в виде увеличения этого отклонения для -фазы с повышением температуры;

электросопротив ление -фазы при всех температурах близко к аддитивной зависимости;

от клонение электросопротивления - фазы существенно и почти не зависит от температуры. Низкие значения сопротивления -фазы связаны с наличием дальнего и ближнего порядка соответственно. Увеличение электросопротив ления - и -фаз связано со статическим беспорядком в этих сплавах, причем для последнего этот беспорядок возрастает с температурой.

В четвертой главе приведены результаты корреляционного анализа данных по электросопротивлению и тепловому расширению исследованных сплавов. Анализ для этих сплавов проводился, поскольку было установлено [1], что фононное электросопротивление чистых металлов (1) линейно связа но с их термической деформацией.

Результаты корреляционного анализа - латуней трех составов [2] при ведены на рисунке 8. Коэффициенты корреляции (r) соответствующих ли нейных зависимостей (2)-(4) близки к единице. Угловые коэффициенты в этих выражениях – это характеристические электросопротивления для соот ветствующих составов - фазы.

10-6 = 0,022 + 1,18T (r =,9997) (2) - 10 = 0,038 + 1,29T (r =,9997) (3) - 10 = 0,043 + 1,35T (r =,9997) (4) Как видно, вклад в электросопротивление, обусловленный рассеянием электронов на статических дефектах (первое слагаемое), а так же значения угловых коэффициентов в этих выражениях, с повышением концентрации цинка возрастает. Это указывает на отсутствие особенностей формирования характеристического электросопротивления и температурной зависимости 0,10 0, б) 0, 0, 106, Ом·м 106, Ом·м а) 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,04 0, 0, 0, 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0, 0,01 0,03 0,04 0,05 0, 0, Т Т 0,13 Омм 0,12 г) 0, в) 106, Ом·м 0,11 0, 0,10 0, 0,09 0, 0,08 0, 10% 0,07 20% 0, 30% 0,06 0, 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0, Т Рис. 8. Корреляция - Т для: а) Zn 10 %;

б) Zn 20 %;

в) Zn 30 %, г) зависи мость ph/* от Т для всех составов -латуни.

в -латунях. Механизмы рассеяния на статических и динамических дефек тах здесь такие же, как и в относительно чистых металлах. Возрастание кон центрации второй компоненты приводит к возрастанию остаточного электро сопротивления, хотя они получены экстраполяцией к 0К от комнатных температур.

Несмотря на то, что угловые коэффициенты в уравнениях (2)-(4) раз личны, значения приведенного электросопротивления от термической де формации для трех сплавов, ложатся на одну прямую. Известно [3], что ха рактеристическое электросопротивление (*) пропорционально межатомному расстоянию (а):

*10(/е2) а (5) Поэтому увеличение значения * для - фазы в зависимости от концентрации второй компоненты (цинка) объясняется увеличением межатомного расстоя ния в среднем по решетке меди при возрастании содержания цинка.

Электронные соединения (фазы Юм-Розери) имеют структуры, отлич ные от структур исходных компонент, в связи с чем, механизм формирование температурных зависимостей в -, - и - латунях, в том числе в соответст вующих фазах, различны. На рисунках 9 – 12 приведены результаты корре ляционного анализа данных по электросопротивлению и термической де формации -, - и - латуней.

Поскольку для состава (46,1 вес.%Zn+53,9 вес.%Cu) ниже 530К - упо рядоченной фазе предшествует механическая смесь +///, мы провели анализ и для этой фазы. Для этих латуней, как и для чистых металлов, а также твердого раствора, связь -T линейна [4,5,6-9], а коэффициенты корреляции (r) соответствующих зависимостей (6)-(8) близки к единице:

(+///) ·106 =,01879 + 1,5605 ·T r =,9986 T530К (6) -латунь: ·10 =,06015 +,64449·T r =,9955 ТТК (7) ·10 =,04070 + 1,3851·T r =,9960 ТТК (8) Угловой коэффициент – характеристическое электросопротивление *уп в упорядоченной -фазе существенно ниже значения *неуп в неупорядо ченной фазе и, даже значений для -фазы с меньшей концентрацией цинка.

Это связано с упорядочением структуры [7], а следовательно, с возрастанием периодического потенциала решетки.

Анализ характеристических электросопротивлений в упорядоченной и неупорядоченной фазах -латуни и сравнение их со значениями * для чис тых Cu и Zn привел к интересному результату [4,9,1]. Характеристическое электросопротивление ниже ТК ( * ) имеет значение, соответствующее ре уп зультирующему сопротивлению решеток Cu и Zn ( * = 1,2·10-6 Ом·м и * = Cu Zn - 2,16·10 Ом·м [10]) при их "параллельном" включении:

* * (9) * Сu Zn* 0,77 10 6 Ом м * уп Сu Zn Это, вероятно, связано с порядком расположения атомов в упорядочен ной фазе, т.е. атомные плоскости Cu и Zn образуют слоистую систему. Каж дый слой представляет самостоятельный проводник, поэтому характеристи ческое сопротивление не зависит от долевого вклада меди и цинка в сплав. В неупорядоченной фазе атомы Cu и Zn расположены произвольно, хотя струк тура и остается объемноцентрированной. Согласно модели, рассмотренной в [11], эту структуру можно представить, как «случайную сетку сопротивле ний, т.е. набор проводников, беспорядочно соединенных друг с другом по какому-то вероятностному закону». Поскольку смысл характеристического электросопротивления в том, что это – суть теоретический предел, его в не упорядоченной фазе можно определить как сопротивление «последовательно соединенных проводников», т.е. характеристические электросопротивления чистых металлов будут складываться с учетом долевого вклада:

(10) * 0,539 * 0,461 * 1,64 10 6 Ом м неуп Сu Zn Значения * и *, рассчитанные по (9) и (10), согласуются со зна уп неуп чениями в (7) и (8) в пределах погрешности определения этих величин.

0, ·106,Омм 0, ·106, Омм 0, а 0,070 б 0, 0, 0, 0, 0,050 0, 0, 0,018 0,024 0,030 0,036 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0, Т Т 0, ·10,Омм 0, в в 0, 0, 0, 0, Рис. 9. Корреляция -Т для 0,120 состава (46,1%Zn+53,9%Cu): а) +;

б) - упорядоченная фаза;

0, 0,056 0,060 0,064 0,068 0,072 0,076 0, в) - неупорядоченная фаза.

Т Корреляционный анализ для -латуни приводит к уравнениям:

·106 =,04229 + 2,2950·T r =,9950 Т560К (11) ·106 =,03969 +2,4294·T r =,9978 Т560К (12) Как видно, значения характеристических электросопротивления в фазе выше, чем в -фазе. У этого сплава упаковка рыхлая как ниже, так и выше температуры (560К), где ромбическая фаза переходит в сложную объ емноцентрироанную. Несмотря на то, что выше 560К структура -латуни частично упорядочивается, соответствующее характеристическое электросо противление -латуни несколько выше, чем для ромбической фазы. Возмож но, это связано с тем (см. выражение (5)), что в сложной ОЦК структуре межатомное расстояние больше.

0, 0, 0, б а ·106,Омм ·106,Омм 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,07 0,044 0,048 0,052 0,056 0, 0,02 0,03 0, Т Т Рис. 10. Корреляция -Т для -латуни: а) Т560К;

б) Т560К.

Характеристическое электросопротивление -фазы, как следует из вы ражения (13), аномально высокое среди значений для всех исследованных сплавов:

·106 =,10441 + 3,3089·T r =,9987 (13) * Возможно, это связано с тем, что формируется не только за счет эф фекта увеличения межатомного расстояния (ослабления связи), но и эффекта увеличения области искажения решетки при возрастании концентрации ато мов другого сорта. Увеличение размера области искажения решетки в этой фазе, по сравнению с чистым Zn, может быть связано с тем, что у -фазы от ношение с/а, как уже отмечалось, меньше, чем у Zn. Более того, плотность упаковки возрастает с увеличением концентрации меди, атомы которой при этом могут увеличивать размеры искаженной области решетки атомов цинка.

0, 0, ·106,Омм ph/* 0, 0, 0, 0,24 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0, 0, 0,02 0,03 0,04 0,05 Т Рис. 12. Корреляция ph/* - Т для:

Т Рис. 11. Корреляция -Т для -латуни., - уп, неуп фазы;

, - фазы (Т560К и Т560К);

- фазы.

Заключение Впервые проведены in situ исследования электросопротивления и теп лового расширения твердых растворов Cu-Zn, в том числе претерпевающих упорядочение, и механических смесей на их основе в широком интервале температур. Установлено, что характерные особенности в виде скачков тем пературных коэффициентов электросопротивления и теплового расширения согласуются с границами фаз на уточненной диаграмме состояния построен ной по данным различных свойств.

Структурные особенности, а так же явления упорядочения и статическо го беспорядка соответствующих фаз электронных соединений на основе меди и цинка приводят к существенному различию абсолютных значений и харак тера температурных зависимостей электросопротивления и теплового расши рения. В гамма фазе, в отличие от бета фазы, температурные зависимости производных сопротивления и абсолютной деформации по температуре на сыщаются в упорядоченной и неупорядоченной фазах ввиду уплотнения упа ковки. Температурные зависимости электросопротивления и теплового рас ширения механических смесей: +, + и + наследуют аномалии свойств электронных соединений, связанные с переходом соответствующих фаз в упо рядоченное состояние и в состояние со статическим беспорядком. Причем, скачки производных электросопротивления и длины образца по темпера туре, приходятся на температуру Курнакова -латуни. Однако на ход тем пературной зависимости КТР в смеси + вблизи ТК сильнее сказывается влияние особенностей поведения -фазы.

Отклонение концентрационных зависимостей коэффициента теплового расширения и электросопротивления сплавов от аддитивных при 300К отри цательно и положительно, соответственно, что свидетельствует об ослабле нии сил межатомного взаимодействия при возрастании доли второго компо нента. При повышении температуры до 800К эти зависимости приближается к аддитивным.

На концентрационной зависимости электросопротивления наблюдают ся особенности в виде увеличения этого отклонения для -фазы с повышени ем температуры;

электросопротивление -фазы при всех температурах близ ко к аддитивной зависимости;

отклонение электросопротивления -фазы су щественно и почти не зависит от температуры. Низкие значения сопротивле ния -фазы связаны с наличием дальнего и ближнего порядка соответствен но.

Увеличение электросопротивления - и -фаз связано со статическим беспорядком в этих сплавах, причем для последнего этот беспорядок возрас тает с температурой.

В результате корреляционного анализа данных по электросопротивле нию и тепловому расширению исследованных сплавов на основе меди и цин ка установлено, что зависящий от температуры вклад в общее электросопро тивление в каждой из фаз, линейно связан с произведением коэффициента теплового расширения на температуру.

Концентрационная зависимость характеристического электросопро тивления сплавов близка к аддитивной кроме -упорядоченной фазы, - и латуней. Аномально низкое значение для -упорядоченной фазы связано с возрастанием периодичности потенциала решетки. Относительно высокие значения характеристического электросопротивления для - и - фаз связаны с тем, что потенциал рассеяния в этих фазах зависит не только от увеличения межатомного расстояния, но и возрастания статического беспорядка.

Результаты, полученные в работе, указывают на то, что природа фор мирования потенциала рассеяния электронов на элементарных тепловых воз буждениях в славах, как и в чистых металлах, определяется не только ампли тудой теплового возбуждения но и относительной термической деформаци ей. Эмпирическая оценка характеристических электросопротивлений позво лит получать объективные данные по температурным зависимостям электро сопротивлений проводников, в том числе в виде пленок и наночастиц, в раз личных фазах, по результатам исследования коэффициента теплового расши рения, например, рентгеновским методом.

Цитируемая литература 1. Abdulagatov, I.M. Thermal Expansion and Kinetic Coefficients of Crystals// J. Phys. Chem. Solids./ I.M. Abdulagatov. Zh.Kh. Murlieva, D.K.Palchaev, K.K. Kazbekov, M.M. Maangalov //J. of Physics and Chemistry of Solids.

2007. V. 68. р. 1713-1720.

2. Ж.Х. Мурлиева. Электросопротивление и термическая деформация,,, -латуней / Ж.Х. Мурлиева, Д.К. Палчаев, М.Э. Исхаков, Д.Г. Чер ных// XII Росс. конф. по теплофизическим свойствам веществ: сб. тез.// Москва. 2008. С. 148.

3. Гантмахер В.Ф. Электроны в неупорядоченных средах. - М.: Физмат лит, 2003. 174 с.

4. Гантмахер В.Ф. Электроны в неупорядоченных средах. - М.: Физмат лит, 2003. 174 с.

5. Murlieva Zh.Kh., Palchaev D.K., Iskhakov M.E. Correlation Between Resis tivity and Thermal Deformation of Cu-Zn Solid Solutions and Electronic Combinations// Abstracts of 17th Symposium on Thermophysical Properties (Boulder, Colorado, June 21-26, 2009). P. 61-62.

6. Мурлиева Ж.Х., Палчаев Д.К, Борзов Е.Д., Исхаков М.Э., Акаев Ф.А.

Зависимость электросопротивления никеля и -латуни от относитель ной термической деформации в упорядоченной и неупорядоченной фазах// Тез. XI Российской конф. по теплофизическим свойствам ве ществ, С-Петербург, 4-7 окт. 2005, с. 7. Мурлиева Ж.Х., Палчаев Д.К., Казбеков К.К., Исхаков М.Э. Новый ме тод оценки параметра порядка на примере никеля и бета-латуни //Письма в ЖТФ, 2006, т. 32, в.16, С. 28-35.

8. Палчаев Д.К., Мурлиева Ж.Х., Исхаков М.Э., Акаев Ф.А., Борзов Е.Д., Зависимость электросопротивления от термической деформации упо рядочивающихся сплавов меди и цинка// Тр. Х м/н сим. ODPO «Поря док, беспорядок и свойства оксидов» (Ростов-на-Дону, 2007), т. 3, с. 12 15.

9. Борзов Е.Д., Мурлиева Ж.Х., Палчаев Д.К., Мурлиев А.К., Исхаков М.Э. Связь электросопротивления -латуни с изобарной термической деформацией// Сб. мат. III Всероссийской конференции по физической электронике, Махачкала, 23-26 сентября 2003 г. – С. 212-215.

10. Охотин А.С. Теплопроводность твердых тел./Справ. –М.: Энергоиздат.

1984. - 321с.

11. Физика металлов. 1.Электроны/Под. Ред. Дж. Займана, М.: Мир, -1972.

– 644 с.

Основные публикации автора по теме диссертации:

Е.Д. Борзов. Связь электросопротивления -латуни с изобарной термиче 1.

ской деформацией./ Е.Д. Борзов, Ж.Х. Мурлиева, Д.К. Палчаев, А.К. Мур лиев, М.Э. Исхаков // III Всеросск. конф. по физич. электронике: сб. науч.

трудов. / ДагГУ – Махачкала: Изд-во ИПЦ ДагГУ, 2003. – С. 212-215.

Мурлиева, Ж.Х. Зависимость электросопротивления никеля и -латуни от 2.

относительной термической деформации в упорядоченной и неупорядо ченной фазах. / Ж.Х. Мурлиева, Д.К. Палчаев, Е.Д. Борзов, М.Э. Исхаков, Ф.А. Акаев // Тез. XI Российской конф. по теплофизическим свойствам ве ществ, С-Петербург, 4-7 окт. 2005. с.48.

3. Мурлиева, Ж.Х. Новый метод оценки параметра порядка на примере нике ля и бета-латуни. / Ж.Х. Мурлиева, Д.К. Палчаев, К.К. Казбеков, М.Э.

Исхаков // Письма в «Журнал технической физики». – 2006. – Т. 32, №16.

– С. 28-35.

Мурлиева, Ж.Х. Зависимость электросопротивления никеля и -латуни от 4.

изобарной термической деформации в упорядоченной и неупорядоченной фазах. / Ж.Х. Мурлиева, Д.К. Палчаев, Е.Д. Борзов, М.Э. Исхаков, Ф.А.

Акаев // Теплофизика высоких температур. – 2007. – Т.45, № 6. – С.1-6.

5. Палчаев, Д.К. Зависимость электросопротивления от термической дефор мации упорядочивающихся сплавов на основе меди и цинка. / Д.К. Палча ев, Ж.Х. Мурлиева, М.Э. Исхаков, Е.Д. Борзов // X Междунар. симп. «По рядок - беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-10): сб. научных трудов. – Ростов-на-Дону: Изд-во ИПО ПИ ЮФУ, 2007. – Ч. 3. – С. 12-15.

6. Murlieva, Zh.Kh. Correlation Between Resistivity and Thermal Deformation of Cu-Zn Solid Solutions and Electronic Combinations./ Zh.Kh. Murlieva, D.K.

Palchaev, M.E. Iskhakov // Abstracts of 17th Symposium on Thermophysical Properties (Boulder, Colorado, June 21-26, 2009). P. 61-62.

7. Исхаков, М.Э. Электросопротивление и тепловое расширение на основе Cu и Zn. / М.Э. Исхаков, Ж.Х. Мурлиева, Д.К. Палчаев // XIII Междунар.

симп. «Порядок - беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-13): труды симп.

– Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ АПСН, 2010. – Т. 2. – С. 31-34.

8. Палчаев, Д.К. Формирование сечения рассеяния электронов на тепловых возбуждениях решетки в нержавеющих сталях./ Д.К. Палчаев, Ж.Х. Мур лиева, М.Э. Исхаков, А.Г. Мозговой, М.П. Фараджева // Известия РАН.

Серия физическая. 2010. Т.74. №5. С. 693-696.

9. Исхаков, М.Э. Электросопротивление и тепловое расширение на основе Cu и Zn. / М.Э. Исхаков, Ж.Х. Мурлиева, Д.К. Палчаев / Известия РАН.

Серия физическая. 2011. Т.75. №5.(в печати).



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.