Способ получения диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов Советский патент 1986 года по МПК G01N25/02 

Изобретение относится к физико- химическому анализу фазовых равно- .вески двухкомпонечтных систем и может быть использовано для получения фазовых диаграмм состояния двухком- понентных сплавов в металлофизике, физической металлургии, металловедении и физике твердого тела.

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

На фиг.1 изображена схема для осуществления способа, на которой представлено относительное расположение элементов при получении диаграммы сост ояний; на фиг. 2 - диаграмма Состояний.

На схеме (фиг.1) показаны подложка 1 , нагреватели 2, термопары 3, датчики 4 определения толщины, испарители 5 чистых компонентов, испаритель 6 углерода. Векторами С -и Т обозначено направление изменения концентраций и температуры соответственно. Температура определяется в отдельных точках с помощью дифференциальных хромель-алюмине- вых термопар, приваренных к обратной стороне подложки.

Способ осуществляется следующим образом.

На инертную подложку 1 конденсируют чистые компоненты испытуемой системы, испаряющиеся в вакууме от двух линейчатых источников, расположенных параллельно один другому на расстоянии L в плоскости, параллельной поверхности подложки. Нагреватели 2 располагаются с двух противоположных сторон подложки параллельно друг другу и перпендикулярно по отношению к /1спарителям 5. Такое относительное расположение испарителей 5 и нагревателей 2 обеспечивает взаимоцерпендикулярное распределение на поверхности подложки концентраций компонентов испытуемой системы от градиента темпрературы, т.е. построение ее диаграммы состояний.

Концентрация компонентов в пленке изменяется от одного чистого компонента до другого, реализуя весь набор составов для сплавов двухком- понентной системы . Контроль за получаемыми концентратами в процессе конденсации производят с помощью кварцевых резонаторов, определяюйдах количество конденсируемых компонен066642

тов. Подложку с одной стороны нагревают до температуры плавления более тугоплавкого компонента, а с противоположной поддерживают при ком5 натной температуре для установления термодинамического равновесия. Созданный на подложке градиент температур включает температуры ликвидуса и солидуса всех наборов сплавов двухкомtO понентной системы. По достижении термодинамического равновесия устанавливается определенное распределение фаз, зависящее от состава (концентраций) и температуры в данном месте

15 подложки.

Визуально обнаруживаются границы между областями с различным фазовым составом, положения которых соответствуют диаграмме состояний изучаемой

20 двухкомпонентной системы.

. Реализация способа иллюстрируется получением диаграммы состояний системы сплавов висмут - олово. В качестве подложки используют прямо25 угольную пластину из нержавеющей -. стали. По ширине пластины параллель- .но один другому устанавливают нагреватели в виде медных блоков с цилиндрическими полостями по оси. Че,- рез один из блоков пропускают воду для охлаждения одной из сторон подложки до комнатной температуры. Другой блок нагревают посредством электрической спирали, проходящей через полость, блока, до температу ры плавления Bi - более .тугоплавкого компонента в данной системе. К тыльной стороне подложки приваривают хромель-алгомелевые термопары для контроля температуры. Источники

в виде двух -линейчатых танталовых лодочек, сбдержащих особо чистые Bi и Sn (99,9999 вес.%), устанавливаются на одинаковом расстоянии от подложки при взаимно перпендикуляр ном расположении осей нагревателей и источников. Для предотвращения взаимодействий Sn и Bi с материалом подложки на последнюю предварительно наносят аморфного углеродную

5 пленку распылением в вакууме от испарителя 6 (фиг.1) толщиной 20-30 нм. Испарение чистых компонентов Sn и Bi осуществляется при разрежении

Г И

10 - 10 мм рт.ст., созданном без- 55 масляной системой откачки. После завершения конденсирования металлов вдоль подложки создается градиент температур от 300 до 600 К и под3

ложка с пленкой выдерживается в течение 1 ч при данном градиенте для установления термодинамического равновесия сплава, по тол1Щ1не пленки. После установления вдоль подложки градиента температур на пленке вьще ляются области, разделенные четкими границами, положение которых определяется только концентрацией и температурой нанесенных металлов. Положение этих границ- не изменяется после охлаждения подложки до ком- натной.температуры .в вакууме и извлечения ее на воздух.

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

Фиг.1

позволяют визуально наблюдать состоя ния, отвечающие и согласующиеся с диаграммой состояния данной си.стемы.

Формула изобретения

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

линейчатых источников, расположенных параллельно один другому в плоскости, параллельной поверхности инертной подложки, конденсирование испаренных компонентов на поверхности подложки в виде пленки переменного состава, нагрев подложки с конденсированной пленкой до температуры, отвечающей- определенному фазовому состоянию системы, и охлаждение до комнатной температуры, о т- личающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения способа,

. V .

нагрев и оз лажденке подложки производят одновременно, с двух противоположных сторон ее в направлении, перпендикулярном направлению расположения линейчатых источников, причем одну сторону нагревают до температуры плавления более тугоплавкого

компонента испытуемой системы, а другую поддерживают при комндтной температуре.

2

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