» » Получение химических соединений
24.12.2014

Удобным способом получения химических соединений является облучение смесей порошков. Приведем в качестве примера получение сверхпроводящего соединения NbAl3 из смеси порошков ниобия и алюминия. Опыты проводились на стехиометрических смесях порошков, закрытых защитными стеклами для предотвращения разлета порошка. До облучения на рентгенограммах наблюдались только линии ниобия и алюминия, после облучения появились линии химического соединения NbAl3, обладающего сверхпроводящими свойствами (рис. 6.5, б).
Другим примером может служить получение жаростойких покрытий — химических соединений металлов с кремнием. На рис. 6.5, в приведены рентгенограммы смеси порошков никеля с кремнием до и после облучения, на которых четко видно появление линий химических соединений. В некоторых случаях удается получить одновременно твердые растворы и химические соединения, например в системе кобальт — вольфрам.
Наконец, реакции получения соединений можно проводить через промежуточные фазы. Примером может служить облучение смеси железа с карбидом бора B4C, в результате которого карбид бора разлагается и бор вступает в химическую реакцию с железом, образуя соединение FeB. Рентгенограммы приведены на рис. 6.5, д.
Увеличение скорости нагрева при других способах получения покрытий также приводит к увеличению скорости насыщения.
Известно, что применение скоростного электронагрева при химико-термической обработке значительно интенсифицирует процесс. Причиной ускорения является более активное состояние мелкозернистого и мелкоблочного аустенита, возникающего при быстром нагреве и способствующего более интенсивному протеканию процессов химической адсорбции, поверхностной и объемной диффузии. Рассмотрим это явление более подробно для случая силицирования стали из газовой фазы.
Кидин, Андрюшечкин и Холин исследовали процесс силицирования армко-железа и стали-45 (0,45% С) в среде паров SiCl4 и аргона при скоростях нагрева 100 и 3000 град/сек, температурах 1000 и 1100°C и выдержках от 0 до 2 мин. Получено, что в первоначальный момент на поверхности образцов появляются участки твердого раствора кремния в железе. С увеличением выдержки появляются зерна соединения FeSi с четкой огранкой, причем при большой скорости нагрева эти зерна появляются раньше и количество их на единицу поверхности больше.
Влияние скорости нагрева на рост зерна покрытия различно при различных температурах. При малых выдержках размеры зерна при скорости нагрева 3000 град/сек больше, чем при скорости 100 град/сек. Это явление связано с более ранним появлением зародышей силицида при более быстром нагреве за счет большей реакционной способности аустенита, полученного при быстром нагреве.
При увеличении выдержки соотношение между размерами зерен становится обратным в связи с тем, что меньшее количество зародышей при меньшей скорости нагрева позволяет зернам вырасти до больших размеров без соприкосновения друг с другом. Интересно, что чем крупнее зерна аустенита в исходном материале, тем крупнее зерна покрытия.
В рассматриваемом случае можно было исследовать и другой процесс, а именно процесс-спекания кристаллов силицида. Образование FeSi происходит начиная с 700°С, а его спекание активно протекает лишь при температуре свыше 1000°С. Поэтому при температуре силицирования 1100°C наблюдаются другие закономерности: чем больше скорость нагрева, тем больше величина зерен силицированного слоя из-за облегчения собирательной рекристаллизации.
Испарение материала с помощью световых импульсов и конденсации на холодную подложку могут быть использованы для получения сверхпроводящих соединений. Известно, что при быстром охлаждении сплавов золото — германий с содержанием германия от 66 до 30% у них наблюдается сверхпроводимость, соответствующее изменение критической температуры составляет от 1,63 до 1° К.
Были проведены опыты по испарению сплава, содержащего 50% германия, с помощью фокусировки на его поверхность луча лазера и осаждению на слюдяную подложку. Опыты проводились в вакууме 10в-6 тор при охлаждении подложки до температуры жидкого азота или гелия.
Получено, что исходный сплав при охлаждении вплоть до 1,4° К не обнаруживал сверхпроводимости. В осажденной с помощью лазера пленке наблюдался сверхпроводящий переход при 2,7° К. При измерениях происходило резкое изменение самоиндукции измерительной катушки, расположенной под пленкой, которое начиналось при 2,75° К и заканчивалось при 2,25° К.
Таким образом, испарение сплава и нанесение пленки с помощью световых импульсов на сильно охлажденную подложку приводит к возникновению новой фазы в системе золото — германий при очень больших скоростях конденсации.
Более высокая критическая температура для этой новой модификации согласуется с результатами, полученными на других системах, когда более высокие критические температуры наблюдались у менее равновесных фаз. Такой эффект может быть связан с тем, что для этих фаз параметр элекронфононного взаимодействия оказывается достаточно большим.