СПОСОБ СИНТЕЗА ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2004 года по МПК C22C1/10 C23C14/14 

Описание патента на изобретение RU2221889C1

Изобретение относится к области получения интерметаллических соединений, например сверхпроводящих, используемых в электротехнической, радиотехнической, медицинской и других отраслях промышленности.

Интерметаллические соединения в настоящее время получают, как правило, приведением в контакт между собой твердых металлов с последующим их расплавлением или контактированием жидких металлов в течение определенного времени, в результате которого происходит образование соединения. Примером является образование соединений AgZn3, AuZn и AuZn3 при рафинировании чернового свинца от серебра и золота вмешиванием цинка в расплав и взаимодействием его с благородными металлами, растворенными в свинце (М.П. Смирнов. Рафинирование свинца и переработка полупродуктов. - М.: Металлургия, 1974, с.145, 151). Такой способ сопряжен со значительными трудностями при получении интерметаллических соединений металлов, весьма различающимися как температурой плавления (ванадий, ниобий тантал, с одной стороны, и свинец, олово, алюминий и др. - с другой), так и давлением пара -летучестью.

Известен способ синтеза интерметаллических соединений (Н. Holleck, H. Novotny, F. Benesovsky. Intermetallsche Phasen mit β-Wolfram-Struktur (V3Pb, Nb3Pb und V3Cd). Monatshefte fur Chemie, 1963, В.94, s.474), включающий смешение порошка ниобия и тонкой проволоки из свинца, прессование и термообработку при температуре 1500oС и давлении 200 атм и последующую гомогенизацию соединения при 1100oС. Недостатком способа является необходимость поддержания весьма высокой температуры и давления для синтеза соединения и предотвращения возможного испарения одного из компонентов соединения - свинца.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ синтеза интерметаллического соединения Nb3Sn (Угольникова Т.А., Моисеев А.И. Температурные условия осаждения Nb3Sn из газовой фазы. Сверхпроводящие сплавы и соединения. Труды VI Всесоюзного совещания по проблеме сверхпроводящих материалов. - М. : Наука, 1972, с.48-54) совместным осаждением восстановленных из хлоридов металлов на подложку при 780oС с непосредственным получением интерметаллида NbзSn.Способ также отличает высокая температура протекания реакции образования интерметаллида.

Технический результат изобретения заключается в понижении температуры синтеза интерметаллических соединений.

Технический результат достигается в способе синтеза интерметаллических соединений, например сверхпроводящих, включающем совместное осаждение металлов на подложку, в котором совместное осаждение металлов ведут путем ионно-плазменного распыления мишеней из исходных металлов с получением пересыщенного твердого раствора металлов и его последующей термообработкой. На поверхности пересыщенного твердого раствора металлов перед термообработкой формируют слой, препятствующий испарению металлов при термообработке. Слой, препятствующий испарению металлов при термообработке, формируют путем дополнительного ионно-плазменного реакционного распыления металлов с последующим осаждением соединений.

Суть изобретения заключается в следующем.

Проведение синтеза интерметаллических соединений из пересыщенного твердого раствора позволяет значительно снизить пороговую температуру образования интерметаллида из-за атомных размеров и упорядоченного распределения одного металла в другом, готовых для протекания реакции синтеза. Совместное осаждение распыленных ионно-плазменным способом металлов в виде частиц малого размера обеспечивает такое распределение. Кроме того, внутреннее напряжение кристаллической решетки твердого раствора составляет весьма значительную величину, что также способствует достижению технического результата.

В связи с тем что часто давление пара металлов, составляющих интерметаллид, при температурах термообработки достаточно велико, возможен процесс испарения этого металла и обеднение исходной смеси металлов. Последнее ухудшает фазообразование синтезируемого соединения. Поэтому предпочтительно покрытие поверхности твердого раствора слоем, препятствующим испарению металлов, что позволяет улучшить условия протекания синтеза.

Ионно-плазменное распыление металлов и последующее их осаждение является наиболее целесообразным и позволяет сформировать собственно твердый раствор, как таковой, при низких температурах без возможного образования промежуточных фаз и соединений, тормозящих реакцию синтеза.

Реакционное ионно-плазменное распыление металлов и последующее осаждение соединений позволяет сформировать слой, препятствующий испарению металлов, из соединений, например оксида, имеющих малую величину давления пара и не испаряющихся при термообработке.

Способ применен при синтезе интерметаллических соединений Nb3Sn, Nb3Al, Nb3Pb и других. Порядок операций, условия синтеза и результаты его приведены в примерах. Во всех случаях при формировании твердого раствора в качестве плазмообразующего газа использован аргон, подвергнутый очистке от примесей с использованием геттера - распыленного титана.

Пример 1. При синтезе Nb3Sn ионно-плазменным распылением мишеней из ниобия и олова и последующим совместным осаждением распыленных металлов на подложке из поликора (Аl2O3) сформирован пересыщенный твердый раствор олова в ниобии, содержащий 27,51 ат.% олова, с параметром решетки а=0,5295 нм. Пересыщенный твердый раствор подвергнут термообработке при 600oС и давлении (1-5)•10-4 Па в течение 60 мин. Синтезировано интерметаллическое соединение Nb3Sn с параметром решетки a=0,5280 нм. Других фаз по данным рентгеноструктурного анализа не обнаружено. Температура синтеза данного соединения существующими способами составляет 700-800oС.

Пример 2. При синтезе Nb3Al ионно-плазменным распылением мишеней из ниобия и алюминия и последующим совместным осаждением распыленных металлов на подложке из поликора (Аl2О3) сформирован пересыщенный твердый раствор алюминия в ниобии, содержащий 32,80 ат.% алюминия, с параметром решетки а= 0,3265 нм. Пересыщенный твердый раствор подвергнут термообработке при 700oС и давлении (1-5)•10-4 Па в течение 60 мин. Синтезировано интерметаллическое соединение Nb3Al с параметром решетки a=0,5153 нм. Других фаз по данным рентгеноструктурного анализа не обнаружено. Температура синтеза данного соединения диффузионным способом составляет более 900oС, из расплава - около 1900oС.

Пример 3. При синтезе Nb3Pb ионно-плазменным распылением мишеней из ниобия и свинца и последующим совместным осаждением распыленных металлов на подложке из поликора (Аl2О3) сформирован пересыщенный твердый раствор свинца в ниобии, содержащий 22,72 ат.% свинца, с параметром решетки а=0,3362 нм. На поверхности пересыщенного твердого раствора ионно-плазменным реакционным распылением алюминия в плазмообразующем газе, содержащем аргон и 20 об.% кислорода, сформировано покрытие из корунда (Аl2О3) толщиной 1,2 мкм, препятствующее испарению свинца из раствора при термообработке и низком давлении. Пересыщенный твердый раствор с покрытием подвергнут термообработке при 1150oС и давлении (1-5)(10-3 Па в течение 60 мин. Синтезировано интерметаллическое соединение Nb3Рb с параметром решетки а=0,5953 нм, выход которого составил 70%. По данным рентгеноструктурного анализа в синтезированном продукте присутствует до 30% твердого раствора с параметром решетки a=0,3270 нм. По способу сплавлением, изложенному в [Н. Holleck, H.Novotny, F. Benesovsky. Intermetallsche Phasen mit β-Wolfram-Struktur (V3Рb, Nb3Рb und V3Сd). Monatshefte far Chemie, 1963, В.94, s.474], температура синтеза составляет 1500oС, а содержание Nb3Рb в синтезированном продукте около 10%.

Таким образом, приведенные примеры реализации способа и результаты, полученные в них, свидетельствуют о значительном снижении температуры синтеза интерметаллических соединений.

Похожие патенты RU2221889C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ СИНТЕЗА СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ В ПЛЕНКАХ 2005
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
  • Володин Валерий Николаевич
RU2287614C2
СПОСОБ СИНТЕЗА СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ В ПЛЕНКАХ 2005
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
  • Володин Валерий Николаевич
RU2285743C1
ПЛЮМБИД ТАНТАЛА TaPb 2003
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
  • Володин Валерий Николаевич
  • Жаканбаев Елдар Асхатович
RU2247075C1
СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ БЕРИЛЛИД НИОБИЯ NBBE СО СТРУКТУРОЙ A15 2003
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Володин Валерий Николаевич
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
RU2241055C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПЛЕНОЧНОГО ПОКРЫТИЯ ИЗ НИТРИДА НИОБИЯ И ПРОВОДНИКА НА ЕГО ОСНОВЕ 1999
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
  • Лисицын Владимир Николаевич
  • Ким Светлана Николаевна
  • Володин Валерий Николаевич
  • Асанов Александр Бикетович
RU2173733C2
СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ В ПЛЕНКАХ 2004
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Володин Валерий Николаевич
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
RU2276206C2
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КРИТИЧЕСКОГО ТОКА СВЕРХПРОВОДНИКА 1999
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
  • Володин Валерий Николаевич
  • Ким Светлана Николаевна
  • Лисицын Владимир Николаевич
  • Асанов Александр Бикетович
RU2172043C2
УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ЛЕНТУ 1999
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
  • Лисицын Владимир Николаевич
  • Володин Валерий Николаевич
  • Ким Светлана Николаевна
  • Асанов Александр Бикетович
RU2167955C2
СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ БЕРИЛЛИД НИОБИЯ NBBE С КУБИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ 2003
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
  • Володин Валерий Николаевич
RU2241054C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНОДА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА ИЗ ТАНТАЛА 2004
  • Тулеушев Адил Жианшахович
  • Тулеушев Юрий Жианшахович
  • Володин Валерий Николаевич
RU2271051C1

Реферат патента 2004 года СПОСОБ СИНТЕЗА ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к области получения интерметаллических соединений, например сверхпроводящих, используемых в электротехнической, радиотехнической, медицинской и других отраслях промышленности. Предложен способ синтеза интерметаллических соединений, например сверхпроводящих, включающий совместное осаждение металлов на подложку, при этом совместное осаждение металлов ведут путем ионно-плазменного распыления мишеней из исходных металлов с получением пересыщенного твердого раствора металлов и его последующей термообработкой. На поверхности пересыщенного твердого раствора металлов перед термообработкой формируют слой, препятствующий испарению металлов при термообработке. Слой, препятствующий испарению металлов при термообработке, формируют путем дополнительного ионно-плазменного реакционного распыления металлов с последующим осаждением соединений. Технический результат изобретения заключается в понижении температуры синтеза интерметаллических соединений. 2 з.п.ф-лы.

Формула изобретения RU 2 221 889 C1

1. Способ синтеза интерметаллических соединений, например, сверхпроводящих, включающий совместное осаждение металлов на подложку, отличающийся тем, что совместное осаждение металлов ведут путем ионно-плазменного распыления мишеней из исходных металлов с получением пересыщенного твердого раствора металлов и его последующей термообработки.2. Способ синтеза интерметаллических соединений по п.1, отличающийся тем, что на поверхности пересыщенного твердого раствора металлов перед термообработкой формируют слой, препятствующий испарению металлов при термообработке.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что слой, препятствующий испарению металлов при термообработке, формируют путем дополнительного ионно-плазменного реакционного распыления металлов с последующим осаждением соединений.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2221889C1

УГОЛЬНИКОВА Т.А
и др
Температурные условия осаждения NbSn из газовой фазы
Сверхпроводящие сплавы и соединения
Труды VI Всесоюзного совещания по проблеме сверхпроводящих материалов
- М.: Наука, 1972, с.48 и 49
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛИДА ТИТАНА И СПЛАВОВ НА ЕГО ОСНОВЕ 1997
  • Шахназаров Т.А.
  • Камилов И.К.
  • Мирзаев Г.М.
  • Тахтарова Ю.А.
RU2132415C1
US 4008079, 15.02.1977
РЕЛЬЕФНО-ФОРМОВОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ И РЕЛЬЕФНО-ФОРМОВАННЫЙ ПРОДУКТ 2010
  • Мослехи Маноокер
  • Древик Сольгун
RU2530383C2

RU 2 221 889 C1

Авторы

Тулеушев Адил Жианшахович

Тулеушев Юрий Жианшахович

Володин Валерий Николаевич

Даты

2004-01-20Публикация

2002-04-18Подача