close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Применение критериев направления электропереноса для процесса контактного плавления в системах висмут-теллур и сурьма-теллур в токовом режиме.

код для вставкиСкачать
??? ???????? ????, ?2, 2014
20
?????????? ?????
??? 544
?????????? ????????? ???????????
??????????????? ??? ???????? ???????????
????????? ? ???????? ??????-??????
? ??????-?????? ? ??????? ??????
APPLYING THE CRITERIA OF THE ELECTRO-TRANSFER
DIRECTION FOR THE PROCESS OF THE
CONTACTMELTING IN THE BISMUTH-TELLURIUM AND
ANTIMONY-TELLURIUM SYSTEMS
IN THE CURRENT MODE
© 2014 ????????
?. ?., ?????????? ?. ?., ???????????? ?. ?.
???????????? ??????????????? ?????????????? ???????????
© 2014 Akhmedova
R. Sh., Nazshmudinov A. M., Abdurashidova A. A.
Dagestan State Pedagogical University
Резюме. Теоретически рассчитано и экспериментально подтверждено, что направление тока существенно влияет на скорость контактного плавления. Установлено, что
процесс контактного плавления (КП) ускоряется (замедляется) в том случае, если отрицательная полярность источника тока подключается к образцу, эффективный заряд
которого меньше нуля Z*<0, (больше нуля: Z*>0).
Abstract. The authors of the article theoretically calculated and experimentally confirmed that the
current direction significantly affects the contact melting rate. They established that the process of contact point (KP) is accelerated (decelerated) in the case when a negative polarity voltage source is connected to the sample an effective charge of which is lower than zero Z * <0 (higher than zero: Z *> 0).
Rezjume. Teoreticheski rasschitano i jeksperimental'no podtverzhdeno, chto napravlenie toka sushhestvenno vlijaet na skorost' kontaktnogo plavlenija. Ustanovleno, chto process kontaktnogo plavlenija
(KP) uskorjaetsja (zamedljaetsja) v tom sluchae, esli otricatel'naja poljarnost' istochnika toka podkljuchaetsja k obrazcu, jeffektivnyj zarjad kotorogo men'she nulja Z*<0, (bol'she nulja: Z*>0).
Ключевые слова: контактное плавление, электроперенос, критерии направления,
электродиффузия, эффективный заряд.
Keywords: contact melting, electrotransfer, destination criteria, electrodiffusion, effective charge.
Kljuchevye slova: kontaktnoe plavlenie, jelektroperenos, kriterii napravlenija, jelektrodiffuzija,
jeffektivnyj zarjad.
В работах [3; 5] проведены систематические исследования влияния постоянного электрического тока (ПЭТ) на
межфазные явления при контактном
плавлении в системах Bi-Te и Sb-Te.
Экспериментальными исследованиями установлено, что изменением величины и направления ПЭТ, пропускаемого через образцы Bi и Te, Sb и Te, можно
управлять процессами фазообразования
в контакте образцов и кинетикой КП. В
???????????? ? ?????? ????? ???
системе токи порядка 1А дают возможность осуществить КП в системе Bi?Te
при температуре 235оС, что на 31 градус
ниже наинизшей эвтектической температуры, или же вообще не допустить
взаимодействия образцов Bi и Te в контакте, изменив знак потенциала на образцах. При токах 2-5А КП протекает
при 235оС и также появляется возможность в зависимости от направления тока
влиять на процессы фазообразования и
кинетику КП. Управление процессами,
протекающими в контакте образцов Bi и
Te, с помощью ПЭТ становится возможным благодаря переходу атомов Te под
влиянием электрического тока в ионизированные состояния Te-2 и Te+4 (или
Te+6). КП в системе Bi?Te в отсутствие
тока протекает благодаря образованию
метастабильной эвтектики Bi2Te3+Bi
(tэвт=266оC), а при пропускании через
сконтактированные образцы ПЭТ 2-5А ?
благодаря образованию эвтектики Bi+Te
(tэвт=235оC).
Аналогично изменением величины и
направления ПЭТ, пропускаемого через
контакт образцов Sb и Te, можно управлять процессами фазообразования в
контакте образцов и кинетикой КП. Для
объяснения процессов, протекающих в
контакте образцов Sb и Te под влиянием
ПЭТ, была использована гипотеза [3] о
том, что управление процессами становится возможным благодаря переходу
атомов Te и Sb под влиянием электрического тока в ионизированные состояния
Te-2 и Te+4 (или Te+6), Sb+3 .
Рис. 1. График зависимости средней скорости КП системы Bi?Те oт ПЭТ в нестационарном режиме при температурах: 1.-269; 2.-268; 3.-267; 4.-2660С
21
Выдвинутая в работе [5] гипотеза
объясняет изменение скорости КП
(рис.1) и фазовый состав прослоек, обнаруженный в контактных прослойках.
Попробуем объяснить результаты работ [3; 5], исходя из критериев направления электропереноса в бинарных металлических системах, основанных на соотношениях между коэффициентами
диффузии D, эффективными зарядами
Z* и атомными объемами ? компонентов
расплава, предложенных в работе [4].
Рассмотрим частные случаи критериев, которые удобны для практического
использования [4]:
1) если разность атомных объемов
(??А-В=?A- ?B) и разность плотностей
(?рА-В =?А-?В) разных знаков, то отрицательный эффективный заряд (Z*<0) будет у того компонента, который имеет
меньшее значение плотности ? (более
легкий компонент);
2) если разность атомных объемов
(??А-В=?A- ?B) и разность плотностей
(??А-В = ?А-?В) одного знака, то отрицательный эффективный заряд (Z*<0) у
того компонента, который имеет большее значение ? (более тяжелый компонент);
3) миграция компонента с отрицательным эффективным зарядом всегда
ведет к интенсификации процесса КП
(увеличению скорости КП), если на втором компоненте системы положительная
полярность.
Этот критерий позволяет предсказать
полярность тока, которую следует приложить к образцам с целью ускорения
(замедления) процесса КП.
Тогда согласно критерию, предложенному в работе [1], скорость КП будет
увеличиваться в том случае, если отрицательная полярность источника тока
подключается к образцу с отрицательным эффективным зарядом, то есть, меняя направление плотности тока в исследуемой системе, можно увеличить или
уменьшить скорость КП.
Применим эти критерии для системы
Bi-Te. Рассчитаем разности атомных объемов ??, коэффициентов диффузии ?D
и плотностей ?? компонентов системы
Bi и Te.
Для расчета разности атомных объемов их значения мы взяли из работы [2]:
?Bi = 20.8 см3/г-атом; ?Те = 22.15 см3/гатом; ??= -1.35<0.
??? ???????? ????, ?2, 2014
22
18
16
?????? ?? ? ?, ? ? /? ??.
?=426 є?
14
?=425 є?
12
10
8
?=424 є?
6
4
2
-80
-60
-40
0
-20
0
20
????????? ????, mA/??І
40
60
80
Рис. 2. Графики зависимости скорости
КП в системе Sb-Те от величины и направления ПЭТ при различных температурах в импульсном режиме нагрева
контакта образцов (потенциал относительно Те)
Итак, согласно критерию, предложенному в работе [1], процесс КП ускоряется в том случае, если отрицательная
полярность источника тока подключается к образцу, эффективный заряд которого меньше нуля (Z*<0). Таким образом, процесс КП ускоряется в том случае, если теллур подключают к отрицательному полюсу, а при смене полярности с «минуса» на «плюс» процесс КП
замедляется, что и наблюдается в эксперименте (рис. 1).
Исследуем данные критерии направления электропереноса для системы Sb?
Te. Рассчитаем разности атомных объемов ??, и плотности ?? компонентов
для систем Sb и Te. Разность атомных
объемов равна ??=18,8-22,15=-3,35<0,
разность плотностей ?? =6,6-6,2=0,4 >0.
Так как разность атомных объемов
??Sb-Те и разность плотности ??Sb-Те разных знаков, то согласно критерию 1 от-
рицательный эффективный заряд у того
компонента, который имеет меньшее
значение плотности ? (легкий компонент). Таковым в этой системе является
Те: Z*Те<0.
Тогда согласно критерию, предложенному в работе [1], КП ускоряется в
том случае, если теллур подключают к
отрицательному полюсу, а при смене
полярности с «минуса» на «плюс» процесс КП замедляется, что и наблюдается
в эксперименте.
Как видим, критерий 1 для обеих систем совпадает с результатами экспериментов. При стационарном режиме нагрева контакта образцов для различных
плотностей и направлений тока были
установлены соответствующие температуры КП [3]. При положительном потенциале на Te при токах 50-100 mА
(плотность тока 7,07-14,15 mA/мм2) температура КП понижается до 396,30С, а
дальнейшее увеличение тока приводит к
тому, что температура КП приближается
к эвтектической (рис. 3).
430
420
410
??????????? ? ?,є?
Плотности веществ даны в справочнике [6]: ? Bi = 9.8 г/см3; ? Те = 6.2 г/см3 ,
разность их больше нуля?? = 3.6>0.
Так как разность атомных объемов
??Bi-Те и разность плотностей ??Bi-Те противоположных знаков, то согласно критерию 1 отрицательный эффективный
заряд у того компонента, который имеет
меньшее значение плотности ?(легкий
компонент). Таковым в этой системе является Те: Z*Те<0.
400
390
380
370
360
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
????????? ????, mA/??І
Рис. 3. Зависимость температуры КП
от плотности и направления ПЭТ в
системе Sb?Te в стационарном режиме
(потенциал относительно Те)
Такое скачкообразное понижение
температуры при малых токах и положительном потенциале на теллуре известными критериями электропереноса
объяснить пока не представляется возможным и предполагает дальнейшую
работу над этим вопросом.
??????????
1. ????????? ?. ?., ???????? ?. ?., ????????? ?. ?., ???????? ?. ?., ?????? ?. ?., ?????? ?. ?. ???????? ??????????? ????????? ???????? ???????? In+0.1??.% ? ???????? ? ??????? ??? ???????
??????????????? // ??????????? ??????. ??????? ????????, ????????????? ????????? ? ????? ?????????. 2006.08.4 2. ????????? ?. ?. ???????????? ????????? ??????? ???????????????. ?. : ?????????, 1974. 88 ?. 3. ?????? ?. ?., ?????????? ?. ?., ????????? ?. ?. ?????????-
???????????? ? ?????? ????? ???
23
??? ??????? ??????????? ?????????????? ???? ?? ???????? ??????????? ????????? ? ???????
??????-?????? // ?????? ? ????? ????????? ??????????. 008. ? 5. ?. 75-79. 4. ????????? ?. ?.
?????????? ????????? ? ?????????????? ? ????????????? ???????? ? ???????? ???????? ????????. ????. ? ????. ???.-???. ????. ???????, 2006. 143 ?. 5. ?????????? ?. ?., ?????????? ?. ?.,
????????? ?. ?. ??????? ??????????? ?????????????? ???? ?? ???????? ??????????? ????????? ?
??????? ??????-?????? // ?????????-?????????? ??????. 2005. ?. 78. ? 6. ?. 34-41.
6. ?????????? ????????: ?????????? / ?. ?. ???????, ?. ?. ?????????, ?. ?. ??????????? ? ??. /
??? ???. ?. ?. ??????????, ?. ?. ?????????. ?. : ???????????????, 1991. 1232 ?.
References
1. Akhkubekov A. A., Dalakova N. V., Enaldieva O. L., Orkvasov T. A., Sozaev V. A., Tamaev T. Kh. Thecontactmelting kinetics of the solid solution In +0.1 at.% with bismuth and cadmium in the presence
of the electro-migration // Electronic Journal. Phase transitions, ordered states and new materials.
2006.08.4. 2. Belashenko D.K. Research of melts by the electro-migration. M. : Atomizdat, 1974.
88 p. 3. Dadaev D. Kh., Patskhverova L. S., Khayrulaev M. R. The investigation of the influence of a
constant electric current on the contact melting processes in the antimony - tellurium system // Phisics and Chemistry of Materials Processing. 2008. # 5. P. 75-79. 4. Enaldieva O. L. The contact melting and the metal electro-migration in systems with alkali metals. Dis. Nalchik 2006. 143 p.
5. Nazhmudinov A. M., Patskhverova L. S., Khayrulaev M. R. The effect of direct electric current on
the contact melting processes in the bismuth-tellurium system // Engineering-physical journal.
2005. V. 78. # 6. P. 34-41. 6. Physical quantities: Reference book / A. P. Babichev, N. A. Babushkina, A. M. Bratkovsky, etc. / ed. by I. S. Grigoriev, E. Z. Meylikhov. M. : Energoatomizdat, 1991.
1232 p.
Literatura
1. Ahkubekov A. A., Dalakova N. V., Enaldieva O. L., Orkvasov T. A., Sozaev V. A., Tamaev T. H. Kinetika kontaktnogo plavlenija tverdogo rastvora In+0.1at.% s vismutom i kadmiem pri nalichii jelektroperenosa // Jelektronnyj zhurnal. Fazovye perehody, uporjadochennye sostojanija i novye materialy.
2006.08.4 2. Belashhenko D. K. Issledovanija rasplavov metodom jelektroperenosa M. : Atomizdat,
1974. 88 s. 3. Dadaev D. H., Pachverova L. S., Hajrulaev M. R. Issledovanie vlijanija postojannogo
jelektricheskogo toka na processy kontaktnogo plavlenija v sisteme sur'ma ? tellur // Fizika i himija
obrabotki materialov. 2008. ? 5. S. 75?79. 4. Enaldieva O. L. Kontaktnoe plavlenie i jelektroperenos v metallicheskih sistemah s uchastiem shhelochnyh metallov. Dis. Nal'chik 2006 143 s. 5.
Nazhmudinov A. M., Pachverova L. S., Hajrulaev M. R. Vlijanie postojannogo jelektricheskogo toka na
processy kontaktnogo plavlenija v sisteme vismut- tellur // Inzhenerno-fizicheskij zhurnal. 2005.
T. 78. ? 6. S. 34-41. 6. Fizicheskie velichiny: Spravochnik / A. P. Babichev, N. A. Babushkina, A. M.
Bratkovskij i dr. / pod red. I. S. Grigor'eva, E. Z. Mejlihova . M. Jenergoatomizdat, 1991. 1232 s.
Статья поступила в редакцию 14.03.2014 г.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа