Структура и свойства быстрозатвердевших фольг олова и сплавов систем Sn–Bi, Sn–Zn, Sn–Cd, Sn–Pb, Sn–Zn–Bi - Автореферат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния Работа выполнена в Белорусском государственном университете Научный руководитель - Шепелевич Василий Григорьевич, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры физики твердого тела физического факультета Белорусского государственного университета.Анализ применения этих сплавов показывает, что в большинстве случаев единственной возможной заменой являются сплавы на основе олова. Тема диссертационной работы соответствует перечню приоритетных направлений фундаментальных и прикладных научных исследований Республики Беларусь на 2006-2010 годы, утвержденному постановлением Совета Министров Республики Беларусь № 512 от 17 мая 2005 г., в частности, пунктам 3.3 «структура и свойства кристаллических и неупорядоченных систем, научные основы создания новых магнитных, сегнетоэлектрических, полупроводниковых, сверхпроводящих, квантово-электронных и сверхтвердых материалов», 8.5 «новые ресурсосберегающие и биосферносовместимые технологии и материалы» Диссертационная работа выполнена в рамках: Государственной комплексной программы научных исследований «Кристаллические и молекулярные структуры», задание НИР «Получение, экспериментальное исследование и компьютерное моделирование сплавов с особыми свойствами; разработка новых теоретических методов определения параметров тонких пленок, поверхностей и кристаллов по спектрам рентгеновского облучения» (№ ГР 20063134, 2006 - 2010 гг.), Проекта фонда фундаментальных исследований «Структура и физические свойства фольг сплавов систем Zn - Sn, Zn - Ge, Zn - Cd, полученных сверхбыстрой закалкой из расплава» (№ ГР 20081681, 2008 - 2010 гг.). Модель быстрого затвердевания фольг сплавов на основе олова, учитывающая локально-неравновесные условия диффузии легирующего компонента и конечность скорости распространения теплового потока на границе раздела фаз, понижение переохлаждения за счет выделения скрытой теплоты кристаллизации, что приводит к уменьшению скорости движения фронта кристаллизации, переходу от плоской стационарной к ячеистой форме границы раздела твердое тело - расплав и изменению механизма формирования микроструктуры: распад пересыщенного твердого раствора в слое, образовавшемся при движении плоского фронта, осуществляется одновременно по непрерывному, и прерывистому механизмам; Установленные особенности структурно-фазового состояния быстрозатвердевших фольг сплавов системы Sn - Zn - Bi, заключающиеся в образовании однородно распределенных дисперсных включений легирующих элементов, приводящие к повышению предела прочности в 1,5 раз, микротвердости в 1,2 раза и сужению температурного интервала плавления в два раза, для сплавов около эвтектического состава, по сравнению со сплавами того же состава, полученными при скоростях охлаждения на 2-3 порядка меньших; а также особенности изменения структуры при отжиге, заключающиеся в протекании процессов коалесценции дисперсных частиц, собирательной и вторичной рекристаллизации.В первой главе приведен анализ известных литературных данных, посвященных изучению структуры и свойств олова и его сплавов в зависимости от условий получения от квазиравновесных до сильнонеравновесных. Однако не обнаружено работ по фундаментальным исследованиям механизмов распада пересыщенных твердых растворов в быстрозатвердевших фольгах, хотя именно механизмы распада определяют последующую микроструктуру и свойства материала. В результате проведенных расчетов было показано, что при уменьшении толщины фольги скорость охлаждения расплава увеличивается от 105 до 106 К/с, что в свою очередь приводит к увеличению начального переохлаждения от 119 до 130 К. Уменьшение размера зерна при увеличении скорости движения кристаллизатора обусловлено уменьшением толщины фольги, достигаемым за счет этого более глубоким переохлаждением и изменением соотношения скорости роста и зарождения кристаллов в сторону увеличения последнего [13]. На рисунке 1 приведены зависимости размера зерна от концентрации примеси для фольг, полученных при скорости движения кристаллизатора 18 м/с.Методами дифракции отраженных электронов и рентгеноструктурного анализа установлено, что при высокоскоростном затвердевании олова размер зерен и текстура контролируются скоростью движения кристаллизатора. Уменьшение размера зерна при увеличении скорости движения кристаллизатора обусловлено уменьшением толщины фольги, достигаемым за счет этого более глубоким переохлаждением и изменением соотношения скорости роста и зарождения кристаллов в сторону увеличения последней. Методами дифракции отраженных электронов и рентгеноструктурного анализа установлено, что размер зерен двухкомпонентных сплавов зависит от концентрации второго компонента и скорости движения кристаллизатора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ