Метастабильные твердые растворы, сформированные наночастицами металлов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Частицами нано- и субнанометрового размеров получены метастабильные твердые растворы металлов. Отмечено влияние размеров атомов второго элемента на многократное увеличение растворимости и предельную концентрацию в растворителе вне зависимости от типа кристаллической решетки. Так предельная растворимость свинца (rPb = 0.935 нм) в ниобии (rNb = 0.625 нм) составляет 23.0 ат. %, кадмия (rCd = 0.1727 нм) в ниобии – 64.0 ат. %. Далее происходит аморфизация матричного металла. При сравнении метастабильных твердых растворов с равновесными системами, для которых существуют правила Юм–Розери, имеет место образование сплавов из металлов с различными типами кристаллической решетки. Во многих случаях не соблюдается пятнадцатипроцентный предел разницы размеров атомов металлов. Преобладает несоответствие сплавов по валентности металлов и единичные случаи по разности электроотрицательности. На основании анализа признаков сплавов, изготовленных напылением ультрадисперсными частицами, следует отметить возможность расширения границ критериев Юм–Розери для метастабильных сплавов по сравнению с их равновесными аналогами, что открывает возможность отклонения от традиционного способа прогнозирования получения материалов.

Об авторах

В. Н. Володин

Институт ядерной физики Министерства энергетики РК

Email: yuriy.tuleushev@mail.ru
Казахстан, 050032, Алматы, ул. Ибрагимова, 1

Ю. Ж. Тулеушев

Институт ядерной физики Министерства энергетики РК

Email: yuriy.tuleushev@mail.ru
Казахстан, 050032, Алматы, ул. Ибрагимова, 1

Е. А. Жаканбаев

Институт ядерной физики Министерства энергетики РК

Email: yuriy.tuleushev@mail.ru
Казахстан, 050032, Алматы, ул. Ибрагимова, 1

А. К. Калиева

Институт ядерной физики Министерства энергетики РК

Автор, ответственный за переписку.
Email: yuriy.tuleushev@mail.ru
Казахстан, 050032, Алматы, ул. Ибрагимова, 1

Список литературы

  1. Жданов Г.С., Верцнер В.Н. Непосредственное наблюдение процессов конденсации и кристаллизации ртути // ФТТ. 1966. Т. 8. № 4. С. 1021–1027.
  2. Peppiatt S.J. The melting of particles. II. Bismuth // Proceedings of the Royal Society A. London. 1975. V. A345. № 1642. P. 401–412. https://doi.org/10.1098/rspa.1975.0145
  3. Berty J., David M.J., Lafourcade L. Etude de la surfusion de films mines de bismuth par diffracyon des electrons // Thin Solid Films. 1977. V. 46. № 2. P. 177–185. https://doi.org/10.1016/0040-6090(77)90060-8
  4. Жданов Г.С. Температурный гистерезис фазового перехода и механизм кристаллизации тонких металлических пленок //ФТТ. 1977. Т. 19. № 1. С. 299–301.
  5. Овсиенко Д.Е., Маслов В.В., Костюченко В.П. Переохлаждение никеля и кобальта в малых объемах // Кристаллография. 1971. Т. 16. № 2. С. 405–407.
  6. Buffat Ph., Borel J.-P. Size effect on the melting temperature of gold particles // Phys. Rev. A. 1976. V. 13. № 6. P. 2287–2298. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.13.2287
  7. Perepezko J.H., Rasmussen D.H. Solidification of highly supercooled liquid metal and alloys // J. Non-Cryst. Solids. 1993. V. 156–158. P. 463–472. https://doi.org/10.1016/0022-3093(93)90002-F
  8. Roduner E. Size matters: why nanomaterials are different // Chem. Soc. Rev. 2006. V. 35. P. 583–592.
  9. Zou C., Gao Y., Yang B., Zhai Q. Size dependent melting properties of Sn nanoparticles by chemical reduction synthesis. //Trans. Non-ferrous Met. Soc. of China. 2010. V. 20. № 2. P. 248–253. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60130-8
  10. Jiang H., Moon K., Dong H. Size dependent melting properties of tin nanoparticles // Chem. Phys. Letters. 2006. V. 429. № 4. P. 492–496. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.08.027
  11. Самсонов В.М., Васильев С.А., Бембель А.Г. Размерная зависимость температуры плавления металлических нанокластеров с позиции термодинамического подобия // ФММ. 2016. Т. 117. № 8. С. 775–781.
  12. Магомедов М.Н. Об исчезновении фазового перехода кристалл–жидкость при уменьшении числа атомов в системе // Поверхность. 2019. № 9. С. 103–109.
  13. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж. Размерный эффект, структура и свойства двойных пленочных систем. Караганда: Tengri Ltd., 2014. 245 с.
  14. Stowell M.J. The Solid-Liquid Interfacial Free Energy of Lead from Supercooling Data // Phil. Mag.: J. Theor. Experiment. Appl. Phys. 1970. V. 22. № 176. P. 1–6. https://doi.org/10.1080/14786437008228146
  15. Qingshan F., Yongqiang X., Zixiang C. Size- and shape- dependent surface thermodynamic properties of nanocrystals //J. Phys. Chem. of Solids. 2018. V. 116. P. 79–85. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.01.018
  16. Mu J., Zhu Z.W., Zhang H.F. Size dependent melting behaviors of nanocrystalline in particles embedded in amorphous matrix // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. № 4. P. 043515(1–4). https://doi.org/10.1063/1.3686624
  17. Luo W., Su K., Li K., Li Q. Connection between nanostructured materials’ size dependent melting and thermodynamic properties of bulk materials // Sol. State Commun. 2011. V. 151. № 3. P. 229–233. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2010.11.025
  18. Яньдон Цю, Лью В., Чжан В., Чжай Ч. Теоретическое изучение влияния размерного фактора на энтропию и энтальпию наночастиц олова, серебра, меди и индия // ФММ. 2019. Т. 120. № 5. С. 451–456.
  19. Родунер Э. Размерные эффекты в наноматериалах. М.: Техносфера, 2010. С. 192.
  20. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Trebukhov S.A., Nitsenko A.V., Burabaeva N.M. Fabrication of binary niobium alloys with low-melting metals by the deposition of nanoparticles // Rus. J. Non-Ferrous Metals. 2019. V. 60. № 6. P. 639–645. https://doi.org/10.3103/S106782121906021X
  21. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. Т. 1. 992 с.
  22. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1997. Т. 2. 1024 с.
  23. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001. Т. 3. Кн. 1. 872 с.
  24. Кан Р.У., Хаазен П.М. Физическое металловедение. М.: Металлургия, 1987. 640 с.
  25. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Твердые растворы и аморфные смеси ниобия и алюминия в пленках // Доклады НАН РК. 2013. № 1. С. 9–12.
  26. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Структура и фазовый состав напыленных пленок системы ниобий–медь // Поверхность. 2015. № 2. С. 75–80.
  27. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Цай К.В., Жаканбаев Е.А. Новая фаза Mo3Pb со структурой А15 в твердых растворах пленочной системы молибден–свинец // ФММ. 2014. Т. 115. № 5. С. 532–538.
  28. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А., Здоровец М.В. Структурные особенности пленок Ag-Cu-сплавов, полученных соосажденим распыляемых металлов // Поверхность. 2013. № 12. С. 73–77.
  29. Tuleushev Yu. Zh., Volodin V.N., Zhakanbaev E.A., Gorlachov I.D., Suslov E.E. Magnetron technology for preparation of tape superconductors with Nb3Ge coating // Vacuum. 2023. V. 208. P. 111711. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111711
  30. Tuleushev Yu. Zh., Volodin V.N., Karakozow B.K., Zhakanbaev E.A., Mamyrbaev A.K., Kalieva A.K. Coatings of the Hafnium-Cadmium System: Preparation and Phase Composition // Phys. Met. Metal. 2022. V. 123. № 8. P. 804–807. https://doi.org/10.1134/S0031918X22080154
  31. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А., Цай К.В., Рофман О.В. Новая фаза NbCd2 в пленочных покрытиях системы ниобий–кадмий // ФММ. 2018. Т. 119. № 2. С. 180–184.
  32. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Структура и фазовый состав напыленных пленок системы ниобий-углерод // ФММ. 2013. Т. 114. № 5. С. 432–436.
  33. Tuleushev Yu.Zh. Volodin V.N., Zhakanbaev E.A. Radiation-Induced Phase Transition in a Film of Niobium-Tin Solid Solution // Technical Physics, 2014. V. 59. № 8. P. 1136–1140.
  34. Тулеушев А.Ж., Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж. Новый сверхпроводящий бериллид ниобия Nb3Be cо структурой А15 // Письма ЖЭТФ. 2003. Т. 78. Вып. 7. С. 908–910.
  35. Tuleushev Yu.Zh., Volodin V.N., Zhakanbaev E.A. New Ta3Be Phase in the Film Coating of Tantalum-Berillium Alloys // Phys. Met. Metal. 2019. V. 120. P. 361–365.
  36. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Структура напыленных пленок β-тантал-алюминиевых сплавов // ФММ. 2013. Т. 114. № 11. С. 1014–1018.
  37. Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н., Жаканбаев Е.А. Наноразмерно легированные медью покрытия из бета-тантала: получение, структура и свойства // ФММ. 2013. Т.114. № 7. С. 625–632.
  38. Тулеушев А.Ж., Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Синтез и свойства пленок плюмбида тантала Та3Pb // ФММ. 2004. Т. 97. № 3. С. 50–53.
  39. Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н., Жаканбаев Е.А. Пленочные покрытия системы тантал-кадмий: получение, фазовый состав и структура // ФММ. 2015. Т. 116. № 1. С. 56–62.
  40. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Zhakanbaev E.A., Trebukhov S.A., Burabaeva N.M., Nitsenko A.V. Synthesis of Intermetallic Phases in the Nb–Cd and Mo–Cd Systems by Ion-Plasma Sputtering and Atomic Layer Deposition of Metals in Vacuum // Inorganic Mater. 2020. V. 56. № 1. P. 28–34. https://doi.org/10.1134/S0020168520010185
  41. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Zhakanbaev E.A., Tcai K.V. X-Ray and Electron Microscopic Confirmation of the Existence of the MoCd2 Phase in Film Coatings of the Molybdenum–Cadmium System // J. Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2020. V. 14. № 3. P. 596–601. https://doi.org/10.1134/S1027451020030428
  42. Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н., Жаканбаев Е.А., Сукуров Б.М., Козловский А.Л. Получение пористого вольфрама из пленочных покрытий системы вольфрам–кадмий // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. Вып. 11. С. 63–70.
  43. Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Жаканбаев Е.А. Структура покрытий, полученных соосаждением ультрадисперсных частиц алюминия и магния // Изв. НАН РК. Сер. физ.-мат. 2013. № 5. С. 190–193.
  44. Pauling L. The Nature of the Chemical Bond. Ithaca. 1960. Ed. 3. P. 644.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (155KB)
Метаданные
3.

Скачать (145KB)
Метаданные