РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ БЫСТРООХЛАЖДЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ ТЕРМИЧЕСКОЙ
ПРЕДЫСТОРИИ, СТРУКТУРЫ, СВОЙСТВ И ПРОЦЕССОВ ПЕРЕХОДА В РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ
2.1. Методы приготовления исходных сплавов
Основная часть исследований, результаты которых представлены в диссертационной
работе, проведена на группе сплавов на основе металлов группы железа, никеля и
кобальта с добавками (? 20 ат.%) металлоидов, прежде всего бора, фосфора и
кремния, склонных к аморфизации при быстром охлаждении расплава. Составы этих,
относительно легко аморфизующихся сплавов, близки к составам двойных или
многокомпонентных эвтектик. Все исследованные в работе металлические сплавы в
аморфном состоянии относятся к классу магнитомягких материалов и обладают
высоким уровнем прочностных свойств. Некоторые из сплавов, исследованных в
настоящей работе, в частности сплавы Fe40Ni40P14B6 и Fe80B20, выпускаются рядом
компаний в промышленных масштабах. По этим причинам исследования условий
формирования в них аморфных состояний, а также закономерностей процессов
перехода в равновесное состояние (структурной релаксации и кристаллизации)
имеют важное значение не только с фундаментальной, но и прикладной точек
зрения. Исследованные в работе сплавы La1,85Sr0,15Cu и металлооксид
Bi2.05Sr2.15Ca0,747Cu2Ox являлись исходными материалами для синтеза
кристаллических фаз, обладающих переходом в сверхпроводящее состояние при
относительно высоких температурах.
Приготовление сплавов металл-металлоид. В качестве исходных материалов для
приготовления сплавов использовались как химически чистые компоненты
(реактивное восстановленное железо, электролитические медь никель и кобальт,
бор (марки Б-99 и кристаллический), лантан (>99%), стронций (99,5%) и кремний
чистотой 99,9%), так и лигатуры Co2P (> 98% фирмы Johnson Mattey GmЯb) и Fe +
16 вес.% P, изготовленная на опытном производстве Института черной металлургии
НАН Украины.
Учитывая высокие склонности бора и фосфора к окислению, в настоящей работе была
разработана следующая методика приготовления сплавов систем переходной
металл-металлоид. Часть металлических компонентов (приблизительно 1/2 часть
навески) загружалась в тигель из Al2O3, доводилась до плавления в печи Таммана
и выдерживалась до полного удаления окислов. Как было установлено ранее [207],
в процессе плавки чистых металлов группы железа в восстановительной атмосфере
СО печи Таммана удаление окисной пленки с поверхности расплава не
сопровождается насыщением углеродом. Вторая часть навески готовилась в форме
небольших брикетов из смеси порошков чистых металлов и металлоидов, которые
поочередно добавлялись в расплав. В отдельных плавках добавки металлоидов
вводились в расплав в форме кусочков богатых металлоидом лигатур. После
введения каждой добавки расплав тщательно перемешивался алундовой мешалкой, а
температура его непрерывно снижалась, поскольку температуры плавления
получаемых сплавов были на несколько сотен градусов ниже температур плавления
металлов группы железа. Добавки кремния вводились аналогичным способом на
завершающей стадии плавки. Приготовленный таким образом расплав непосредственно
из тигля отбирался в кварцевые трубки с внутренним диаметром 8-10 мм и
закаливался в водяной ванне в форме стержней, удобных для последующей быстрой
закалки.
Часть исследованных в работе металлических сплавов плавилась с помощью
индукционного нагрева в закрытой камере под избыточным давлением аргона. В этом
случае для плавления использовались кварцевые тигли, в которые помещались
одновременно все компоненты сплава, а перемешивание расплава осуществлялось
электромагнитным полем. Как показали визуальные наблюдения и взвешивание
приготовленных слитков в последнем случае выгорание компонентов практически
отсутствовало.
Сплавы La2-xSrxCu готовились в два этапа. Вначале в вакууме в печи
сопротивления сплавлялись La и Cu, а затем под избыточным давлением аргона в
полученную лигатуру добавлялся стронций.
Контроль химического состава приготовленных сплавов осуществлялся косвенным
методом – путем сравнения зависящих от концентрации характеристик сплавов в
аморфном и закристаллизованных состояниях с обширной базой литературных данных.
Сравнение, некоторые детали которого будут обсуждены ниже, показало, что
использованные в работе методы приготовления сплавов и получения аморфных лент
обеспечили получение материалов с составами в пределах ± 1% от номинальных.
Приготовление сплавов системы Bi-Sr-Ca-Cu-O. В качестве исходных элементов для
получения сплавов системы Bi-Ca-Sr-Cu-O использовались химически чистые порошки
Bi2O3, SrCO3, CaCO3 и CuO. Смесь порошков тщательно перемешивалась и медленно
нагревалась в тиглях из окиси алюминия в печи сопротивления (или Таммана) до
температур (1423 – 1473 К), превышающих точки ликвидус. После примерно
получасовой выдержки расплав перемешивался и выливался в металлический кокиль с
зазором 2 мм, предварительно нагретый до температур 473-523 К. В отдельных
экспериментах в зазор кокиля помещались либо хромель-алюмелевая термопара
диаметром 0.02 мм (для измерения скорости охлаждения), либо несколько
серебряных проволочек диаметром 0,1 мм для формирования потенциальных и токовых
контактов. Получаемые таким образом керамические пластинки были удобными
объектами для структурных исследований и измерения физических свойств.
2.2. Установки для закалки из расплава и условия получения быстроохлажденных
образцов
В качестве основного метода получения аморфных сплавов в настоящей работе
использовался метод спиннингования расплава. В лабораторной установке для
получения
- Київ+380960830922