Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан
Методом высокоразрешающего атомного зондирования проведен анализ особенностей химического состава в наноструктурированном сверхпроводящем сплаве ниобий–титан, подвергнутом оптимальной термомеханической обработке. Обнаружены вариации концентрации элементов в матрице на мезоскопическом уровне и пок...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2008
|
| Назва видання: | Физика низких температур |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117872 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан / В.А. Ксенофонтов, М.Б. Лазарева, Т.И. Мазилова, И.М. Михайловский, Г.Е. Сторожилов, О.В. Черный // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 11. — С. 1127-1130. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-117872 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1178722017-05-28T03:04:19Z Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан Ксенофонтов, В.А. Лазарева, М.Б. Мазилова, Т.И. Михайловский, И.М. Сторожилов, Г.Е. Черный, О.В. Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная Методом высокоразрешающего атомного зондирования проведен анализ особенностей химического состава в наноструктурированном сверхпроводящем сплаве ниобий–титан, подвергнутом оптимальной термомеханической обработке. Обнаружены вариации концентрации элементов в матрице на мезоскопическом уровне и показано, что они существенно превосходят технологические неоднородности химического состава сплава. Обнаружены наномасштабные неоднородности строения β-фазы. Установлено, что параметр упорядочения атомов титана равен единице и в сплаве отсутствуют кластеризация атомов и химический ближний порядок. Методом високороздільного атомного зондування проведено аналіз особливостей хімічного складу в наноструктурованому надпровідному сплаві ніобій–титан, який піддано оптимальній термомехан ічній обробці. Виявлено варіації концентрації елементів у матриці на мезоскопічному рівні та показано, що вони істотно перевершують технологічні неоднорідності хімічного складу сплаву. Виявлено наномасштабні неоднорідності будови β-фази. Встановлено, що параметр упорядкування атомів титану дорівнює одиниці й у сплаві відсутні кластеризація атомів та хімічний ближній порядок. The method of high-resolution atom probing was used to analyze the features of the chemical composition of the nanostructurized niobium- titan superconducting alloy subjected to optimum thermomechanical treatment. Inhomogeneous distributions of elements in the matrix at a mesoscopic level is observed and it is found that these essentially exceed the technology-produced chemical heterogeneity of the alloy. Nano-scale heterogeneity of the β-phase structure of is found out. It is established, that the ordering parameter of the titan atoms is equal to unity and that the alloy is free of atom clustering and chemical short-range ordering. 2008 Article Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан / В.А. Ксенофонтов, М.Б. Лазарева, Т.И. Мазилова, И.М. Михайловский, Г.Е. Сторожилов, О.В. Черный // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 11. — С. 1127-1130. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 61.46.–w;68.37.Ps;81.07.Bc;82.80.Ms http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117872 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная |
| spellingShingle |
Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная Ксенофонтов, В.А. Лазарева, М.Б. Мазилова, Т.И. Михайловский, И.М. Сторожилов, Г.Е. Черный, О.В. Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан Физика низких температур |
| description |
Методом высокоразрешающего атомного зондирования проведен анализ особенностей химического
состава в наноструктурированном сверхпроводящем сплаве ниобий–титан, подвергнутом оптимальной
термомеханической обработке. Обнаружены вариации концентрации элементов в матрице на
мезоскопическом уровне и показано, что они существенно превосходят технологические неоднородности
химического состава сплава. Обнаружены наномасштабные неоднородности строения β-фазы.
Установлено, что параметр упорядочения атомов титана равен единице и в сплаве отсутствуют кластеризация
атомов и химический ближний порядок. |
| format |
Article |
| author |
Ксенофонтов, В.А. Лазарева, М.Б. Мазилова, Т.И. Михайловский, И.М. Сторожилов, Г.Е. Черный, О.В. |
| author_facet |
Ксенофонтов, В.А. Лазарева, М.Б. Мазилова, Т.И. Михайловский, И.М. Сторожилов, Г.Е. Черный, О.В. |
| author_sort |
Ксенофонтов, В.А. |
| title |
Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
| title_short |
Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
| title_full |
Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
| title_fullStr |
Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
| title_full_unstemmed |
Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
| title_sort |
локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Свеpхпpоводимость, в том числе высокотемпеpатуpная |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117872 |
| citation_txt |
Локальное распределение элементов в β-фазе сверхпроводящего сплава ниобий-титан / В.А. Ксенофонтов, М.Б. Лазарева, Т.И. Мазилова,
И.М. Михайловский, Г.Е. Сторожилов, О.В. Черный // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 11. — С. 1127-1130. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT ksenofontovva lokalʹnoeraspredelenieélementovvbfazesverhprovodâŝegosplavaniobijtitan AT lazarevamb lokalʹnoeraspredelenieélementovvbfazesverhprovodâŝegosplavaniobijtitan AT mazilovati lokalʹnoeraspredelenieélementovvbfazesverhprovodâŝegosplavaniobijtitan AT mihajlovskijim lokalʹnoeraspredelenieélementovvbfazesverhprovodâŝegosplavaniobijtitan AT storožilovge lokalʹnoeraspredelenieélementovvbfazesverhprovodâŝegosplavaniobijtitan AT černyjov lokalʹnoeraspredelenieélementovvbfazesverhprovodâŝegosplavaniobijtitan |
| first_indexed |
2025-07-08T12:56:33Z |
| last_indexed |
2025-07-08T12:56:33Z |
| _version_ |
1837083552070500352 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 11, ñ. 1127–1130
Ëîêàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ýëåìåíòîâ â β-ôàçå
ñâåðõïðîâîäÿùåãî ñïëàâà íèîáèé–òèòàí
Â.À. Êñåíîôîíòîâ, Ì.Á. Ëàçàðåâà, Ò.È. Ìàçèëîâà, È.Ì. Ìèõàéëîâñêèé,
Ã.Å. Ñòîðîæèëîâ, Î.Â. ×åðíûé
Íàöèîíàëüíûé íàó÷íûé öåíòð «Õàðüêîâñêèé ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò» ÍÀÍ Óêðàèíû
óë. Àêàäåìè÷åñêàÿ, 1, ã. Õàðüêîâ, 61108, Óêðàèíà
E-mail: mikhailovskij@kipt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 2 èþíÿ 2008 ã.
Ìåòîäîì âûñîêîðàçðåøàþùåãî àòîìíîãî çîíäèðîâàíèÿ ïðîâåäåí àíàëèç îñîáåííîñòåé õèìè÷åñ-
êîãî ñîñòàâà â íàíîñòðóêòóðèðîâàííîì ñâåðõïðîâîäÿùåì ñïëàâå íèîáèé–òèòàí, ïîäâåðãíóòîì îïòè-
ìàëüíîé òåðìîìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêå. Îáíàðóæåíû âàðèàöèè êîíöåíòðàöèè ýëåìåíòîâ â ìàòðèöå íà
ìåçîñêîïè÷åñêîì óðîâíå è ïîêàçàíî, ÷òî îíè ñóùåñòâåííî ïðåâîñõîäÿò òåõíîëîãè÷åñêèå íåîäíîðîä-
íîñòè õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñïëàâà. Îáíàðóæåíû íàíîìàñøòàáíûå íåîäíîðîäíîñòè ñòðîåíèÿ β-ôàçû.
Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïàðàìåòð óïîðÿäî÷åíèÿ àòîìîâ òèòàíà ðàâåí åäèíèöå è â ñïëàâå îòñóòñòâóþò êëàñ-
òåðèçàöèÿ àòîìîâ è õèìè÷åñêèé áëèæíèé ïîðÿäîê.
Ìåòîäîì âèñîêîðîçä³ëüíîãî àòîìíîãî çîíäóâàííÿ ïðîâåäåíî àíàë³ç îñîáëèâîñòåé õ³ì³÷íîãî ñêëà-
äó â íàíîñòðóêòóðîâàíîìó íàäïðîâ³äíîìó ñïëàâ³ í³îá³é–òèòàí, ÿêèé ï³ääàíî îïòèìàëüí³é òåðìîìå-
õàí³÷í³é îáðîáö³. Âèÿâëåíî âàð³àö³¿ êîíöåíòðàö³¿ åëåìåíò³â ó ìàòðèö³ íà ìåçîñêîï³÷íîìó ð³âí³ òà
ïîêàçàíî, ùî âîíè ³ñòîòíî ïåðåâåðøóþòü òåõíîëîã³÷í³ íåîäíîð³äíîñò³ õ³ì³÷íîãî ñêëàäó ñïëàâó. Âèÿâ-
ëåíî íàíîìàñøòàáí³ íåîäíîð³äíîñò³ áóäîâè β-ôàçè. Âñòàíîâëåíî, ùî ïàðàìåòð óïîðÿäêóâàííÿ àòîì³â
òèòàíó äîð³âíþº îäèíèö³ é ó ñïëàâ³ â³äñóòí³ êëàñòåðèçàö³ÿ àòîì³â òà õ³ì³÷íèé áëèæí³é ïîðÿäîê.
PACS: 61.46.–w Ñòðóêòóðà íàíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ;
68.37.Ps Àòîìíî-ñèëîâàÿ ìèêðîñêîïèÿ (ÀÑÌ);
81.07.Bc Íàíîêðèñòàëëè÷åñêèå ìàòåðèàëû;
82.80.Ms Ìàññ-ñïåêòðîìåòðèÿ (âêëþ÷àÿ ÂÈÌÑ, ìíîãîôîòîííî-èîíèçàöèîííóþ è
ðåçîíàíñíî-èîíèçàöèîííóþ ñïåêòðîìåòðèþ, ÌÑËÄÈ).
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñâåðõïðîâîäÿùèé ñïëàâ, íàíîñòðóêòóðà, íèîáèé–òèòàí, àòîìíûé çîíä/ïîëåâîé èîí-
íûé ìèêðîñêîï, ïàðàìåòð óïîðÿäî÷åíèÿ.
Ñïëàâ íèîáèé–òèòàí â òå÷åíèå áîëåå òðèäöàòè ëåò
çàíèìàåò îñîáîå ïîëîæåíèå â ôèçèêå è òåõíèêå ïðè-
êëàäíîé ñâåðõïðîâîäèìîñòè. Â ýòî âðåìÿ áûëè âû-
ïîëíåíû äåòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ìèêðîñòðóêòóðû
ñïëàâà è åå ýâîëþöèè â ïðîöåññå ðàçëè÷íîãî òèïà
ìåõàíèêî-òåðìè÷åñêèõ îáðàáîòîê. Îïòèìèçàöèÿ ïî
ñâåðõïðîâîäÿùåìó òîêó óñëîâèé òåðìîìåõàíè÷åñêèõ
îáðàáîòîê íèîáèé-òèòàíîâûõ ñïëàâîâ ïîçâîëèëà ïî-
ëó÷èòü âûñîêèå çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêèõ ïëîòíîñòåé
òîêà [1–3].  ÷àñòíîñòè, äëÿ ìíîãîæèëüíîãî òåõíè÷åñ-
êîãî ñâåðõïðîâîäíèêà Nb-50 âåñ.% Ti äîñòèãíóòî çíà-
÷åíèå ïëîòíîñòè òîêà 4,0·105 À/ñì2 â ìàãíèòíîì ïîëå
5 Òë ïðè 4,2 Ê [2]. Èçâåñòíî, ÷òî òîêîíåñóùàÿ ñïîñîá-
íîñòü ñâåðõïðîâîäíèêà çàâèñèò îò åãî ìèêðîñòðóê-
òóðíûõ ïàðàìåòðîâ — ôîðìû, ðàçìåðîâ è îáúåìíîãî
ñîäåðæàíèÿ ÷àñòèö, âûäåëèâøèõñÿ â ðåçóëüòàòå äèô-
ôóçèîííîãî ðàñïàäà òâåðäîãî ðàñòâîðà. Âûäåëåíèÿ
÷àñòèö íåñâåðõïðîâîäÿùåé ôàçû α-Ti ðàññìàòðèâà-
þòñÿ êàê íàèáîëåå ýôôåêòèâíûå öåíòðû ïèííèíãà
â íèîáèé-òèòàíîâûõ ïðîâîëîêàõ. Âìåñòå ñ òåì, êàê
áûëî ïîêàçàíî â ðàáîòàõ [4,5], çíà÷èòåëüíûé âêëàä â
ôîðìèðîâàíèå ñâåðõïðîâîäÿùèõ õàðàêòåðèñòèê ñïëà-
âîâ íà îñíîâå íèîáèÿ ìîæåò âíîñèòü íàëè÷èå ïðîòÿ-
æåííûõ íàíîôàç ñ ïîâûøåííûì ñîäåðæàíèåì íèîáèÿ.
Ïðîèñõîæäåíèå ãåòåðîôàçíîé ñòðóêòóðû â äåôîðìè-
ðîâàííûõ ñïëàâàõ íà îñíîâå íèîáèÿ, ñâÿçàííîå ñ îò-
êðûòûì Â. Ãîðñêèì ÿâëåíèåì âîñõîäÿùåé äèôôóçèè,
äåòàëüíî îáñóæäàëîñü â ñåðèè ðàáîò [4–6].
� Â.À. Êñåíîôîíòîâ, Ì.Á. Ëàçàðåâà, Ò.È. Ìàçèëîâà, È.Ì. Ìèõàéëîâñêèé, Ã.Å. Ñòîðîæèëîâ, Î.Â. ×åðíûé, 2008
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé, âûïîëíåííûõ â ïîñëåä-
íåå âðåìÿ íà NbTi è NbTaTi ïðîâîëîêàõ, èçãîòîâ-
ëåííûõ èç ÷èñòîãî Nb, NbTa è ÷èñòîãî Ti ïóòåì
òâåðäîôàçíîé äèôôóçèè [7,8], óäîâëåòâîðèòåëüíî ñî-
ãëàñóþòñÿ ñ ðàçðàáîòàííîé Á.Ã. Ëàçàðåâûì ìîäåëüþ.
 ðàáîòå [9] óñòàíîâëåíà ñóùåñòâåííàÿ ðîëü êîìïîçè-
öèîííûõ ãðàäèåíòîâ â ñïëàâå NbTi [6] â ïîâûøåíèè
åãî ñâåðõïðîâîäÿùèõ õàðàêòåðèñòèê. Îäíîé èç âîç-
ìîæíûõ ïðè÷èí ëîêàëüíîé íåîäíîðîäíîñòè ðàñïðåäå-
ëåíèÿ ýëåìåíòîâ âíóòðè ñâåðõïðîâîäÿùåé β-ôàçû ÿâ-
ëÿåòñÿ êëàñòåðèçàöèÿ àòîìîâ òèòàíà, êîòîðóþ ìîæíî
ðàññìàòðèâàòü êàê íà÷àëüíóþ ñòàäèþ îáðàçîâàíèÿ
ãåêñàãîíàëüíîé α-ôàçû, îáîãàùåííîé òèòàíîì. Ñëå-
äóåò îòìåòèòü, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå ýëåìåíòîâ â ñâåðõ-
ïðîâîäÿùèõ ñïëàâàõ ìåòîäàìè âûñîêîïîëåâîãî àíà-
ëèçà èçó÷àëîñü ðàíåå ñ èñïîëüçîâàíèåì óñðåäíåíèé
ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ íà íàíî- è ìåçîñêîïè÷åñêèõ
óðîâíÿõ. Â íàñòîÿùåì ñîîáùåíèè ïðèâåäåíû ðåçóëü-
òàòû èññëåäîâàíèé ñâåðõïðîâîäÿùåé íèîáèé-òèòàíî-
âîé ìàòðèöû âûñîêîðàçðåøàþùèìè ìåòîäàìè àòîì-
íîãî çîíäèðîâàíèÿ/ïîëåâîé èîííîé ìèêðîñêîïèè íà
àòîìíîì óðîâíå. Ïðîàíàëèçèðîâàíû ïîñëåäîâàòåëü-
íîñòè ïîÿâëåíèÿ èîíîâ Ti è Nb â ñïåêòðàõ ïîàòîìíîãî
ïîëåâîãî èñïàðåíèÿ ñâåðõïðîâîäÿùåé β-ôàçû ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì ìåòîäîâ ìàòåìàòè÷åñêîé ñòàòèñòèêè,
ðàçðàáîòàííûõ â [10,11].
Èññëåäîâàí ñâåðõïðîâîäÿùèé ñïëàâ Nb-60 àò.% Ti,
ïîäâåðãíóòûé âîëî÷åíèþ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå
äî ñòåïåíè èñòèííîé äåôîðìàöèè, ðàâíîé 4,6, è îòæè-
ãó ïðè 390 Ê â òå÷åíèå 1000 ÷àñîâ. Èãîëü÷àòûå îáðàç-
öû èçãîòàâëèâàëè ýëåêòðîõèìè÷åñêîé ïîëèðîâêîé â
ýëåêòðîëèòå HNO3(9) + HF(1) ïîñòîÿííûì òîêîì ïðè
íàïðÿæåíèè 6–8 Â. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ëîêàëüíîãî õè-
ìè÷åñêîãî ñîñòàâà íà àòîìíîì óðîâíå èñïîëüçîâàëè
âðåìÿïðîëåòíûé àòîìíûé çîíä/ïîëåâîé èîííûé ìèê-
ðîñêîï (ÀÇ/ÏÈÌ) [6]. Ìàññ-àíàëèç ïðîâîäèëñÿ ïðè
77 Ê è àìïëèòóäå èìïóëüñíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñîñòàâëÿ-
þùåé 15–20% íàïðÿæåíèÿ ëó÷øåãî èçîáðàæåíèÿ.
Ýôôåêòèâíûé äèàìåòð çîíäîâîé äèàôðàãìû âàðüèðî-
âàëñÿ â çàâèñèìîñòè îò ðàäèóñà êðèâèçíû àíàëèçèðóå-
ìûõ ó÷àñòêîâ ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ. Ïðè èññëåäîâà-
íèè îáðàçöîâ ñ ìèíèìàëüíûì ðàäèóñîì êðèâèçíû ó
âåðøèíû ïîðÿäêà 10 íì ýôôåêòèâíûé äèàìåòð çîíäè-
ðóþùåé äèàôðàãìû äîñòèãàë 0,4 íì, ÷òî îáåñïå÷èâà-
ëî âîçìîæíîñòü ðåàëèçàöèè ïðåäåëüíîãî ïðîñòðàíñò-
âåííîãî ðàçðåøåíèÿ íà àòîìíîì óðîâíå.
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåí õàðàêòåðíûé ñïåêòð èñïàðåíèÿ
ñïëàâà Nb–Ti, ïîëó÷åííûé íà ÀÇ/ÏÈÌ. Nc – ÷èñëî èì-
ïóëüñîâ, ñîîòâåòñòâóþùèõ äàííîìó ñîîòíîøåíèþ
ìàññû èîíà ê åãî çàðÿäó — m/nie. Íà ñïåêòðîãðàììå
îò÷åòëèâî âûäåëÿþòñÿ ïèêè Ti2+, Nb3+, (NbH)2+. Êîí-
öåíòðàöèÿ ýëåìåíòîâ â β-ôàçå, îïðåäåëÿåìàÿ â ìèêðî-
îáëàñòÿõ îáúåìîì ïîðÿäêà 102 íì3, âàðüèðîâàëàñü
â ïðåäåëàõ 6–8%. Âîçìîæíîé ïðè÷èíîé ôëóêòóàöèè
êîíöåíòðàöèè â β-ôàçå ÿâëÿåòñÿ ïðåäïî÷òèòåëüíàÿ
êëàñòåðèçàöèÿ àòîìîâ òèòàíà, êîòîðóþ ìîæíî ðàñ-
ñìàòðèâàòü êàê íà÷àëüíóþ ñòàäèþ âûäåëåíèÿ α-ôàçû,
îáîãàùåííîé òèòàíîì. Áûëè ïðîàíàëèçèðîâàíû ïî-
ñëåäîâàòåëüíîñòè ïîÿâëåíèÿ àòîìîâ òèòàíà è íèîáèÿ
â ñïåêòðàõ ïîëåâîãî èñïàðåíèÿ ñâåðõïðîâîäÿùåé
β-ôàçû. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå îáðàáîòàíû àíà-
ëèòè÷åñêè ñ ïîìîùüþ ìåòîäîâ ìàòåìàòè÷åñêîé ñòà-
òèñòèêè, ðàçðàáîòàííûõ â [10,11]. Ìåòîä îñíîâàí íà
àíàëèçå ÷èñëà ñî÷åòàíèé àòîìîâ NTi/Ti, NTi/Nb è NNb/Nb
â öåïî÷êàõ ìàññ-ñïåêòðîìåòðè÷åñêèõ äàííûõ, ïîëó-
÷åííûõ â ïðîöåññå ïîëåâîãî èñïàðåíèÿ. Ôàêòîð óïî-
ðÿäî÷åíèÿ îïðåäåëÿëñÿ êàê âåðîÿòíîñòü ðåãèñòðà-
öèè àòîìà òèòàíà ïðè óñëîâèè, ÷òî ïðåäøåñòâóþùèì
àòîìîì â öåïî÷êå èñïàðåíèÿ ÿâëÿåòñÿ òàêæå àòîì Ti:
P(Ti/Ti) = p [11]. Çäåñü ð — àòîìíàÿ äîëÿ Ti. Ôîðìè-
ðîâàíèþ êëàñòåðîâ àòîìîâ Ti, êîòîðûå ìîæíî ðàñ-
ñìàòðèâàòü êàê çàðîäûøè íîâîé ôàçû, ñîîòâåòñòâóþò
çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ óïîðÿäî÷åíèé áîëüøå åäèíèöû.
Ïàðàìåòð óïîðÿäî÷åíèÿ â ìàòðèöå ñïëàâà îïðåäå-
ëÿëñÿ èç ñîîòíîøåíèÿ, ïîëó÷åííîãî â ðåçóëüòàòå ñòà-
òèñòè÷åñêîãî àíàëèçà ïîÿâëåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ
ïàð àòîìîâ â ñïåêòðå ïîëåâîãî èñïàðåíèÿ:
θ =
+ +
−
+⎧
⎨
⎩
+
+
+
1
2
2
2
2
N N M
Mp
N N
Mp
N N
TiTi NbTi TiTi NbTi
TiTi NbTi TiTi NbTi
TiTi
+
−
+⎛
⎝
⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟
⎡
⎣
⎢
⎢
+
+
−
M
Mp
N N
Mp
N p
Mp
2
2
4 1 2( )
3
1 2
⎤
⎦
⎥
⎥
⎫
⎬
⎪
⎭⎪
/
, (1)
ãäå N – êîëè÷åñòâî àíàëèçèðóåìûõ àòîìîâ, Ì = N – 1,
N N N NTiTi NbNb TiNb+ + = −1, (1a)
N x xi iTiTi = +∑ 1 , (1á)
1128 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 11
Â.À. Êñåíîôîíòîâ, Ì.Á. Ëàçàðåâà, Ò.È. Ìàçèëîâà, È.Ì. Ìèõàéëîâñêèé, Ã.Å. Ñòîðîæèëîâ, Î.Â. ×åðíûé
20 25 30 35 40 45
0
40
80
120
160
200
(NbH)
2+Nb
3+
Ti
2+
N
c
m/nie
Ðèñ. 1. Òèïè÷íûé ñïåêòð íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ïîëåâîãî
èñïàðåíèÿ ñïëàâà íèîáèé–òèòàí.
[ ]N x x x xi i i iTiNb = − + −+ +∑ ( ) ( )1 11 1 , (1â)
N x xi iNbNb = − − +∑ ( )( )1 1 1 , (1ã)
õi = 0 è õi = 1 â ñëó÷àå àòîìîâ Nb è Ti ñîîòâåòñòâåííî.
Ñòàòèñòè÷åñêàÿ çíà÷èìîñòü îòêëîíåíèÿ ðàñ÷åòíîãî
ïàðàìåòðà óïîðÿäî÷åíèÿ îò çíà÷åíèÿ = 1, õàðàêòåð-
íîãî äëÿ èäåàëüíî íåóïîðÿäî÷åííîãî òâåðäîãî ðàñ-
òâîðà, îïðåäåëÿëàñü ïî äèñïåðñèè èçìåðåíèÿ
S
n
= −θ
χ
1
, (2)
ðàññ÷èòûâàâøåéñÿ ïî ôîðìóëå:
χ
θ θ θ
θ
=
− + −
− +
1 1 2 1
1 2
2
p
p p p
p p
( ) ( )
. (3)
Áûëà ïðîàíàëèçèðîâàíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïîÿâëå-
íèÿ àòîìîâ òèòàíà â ñïåêòðàõ ïîëåâîãî èñïàðåíèÿ
β-ôàçû ñ ðàçëè÷íûì ëîêàëüíûì õèìè÷åñêèì ñîñòà-
âîì. Êîíöåíòðàöèþ òèòàíà îïðåäåëÿëè óñðåäíåíè-
åì ìàññ-ñïåêòðîâ, ïîëó÷åííûõ â ïðîöåññå ïîëåâîãî
èñïàðåíèÿ β-ôàçû íà ãëóáèíó 20–40 íì. Ñðåäíÿÿ
êîíöåíòðàöèÿ òèòàíà íà òàêèõ ó÷àñòêàõ â ðàçëè÷íûõ
èãîëü÷àòûõ îáðàçöàõ ñîñòàâëÿëà 35–70 àò.%. Îáíà-
ðóæåííàÿ õèìè÷åñêàÿ ãåòåðîãåííîñòü β-ôàçû ñó-
ùåñòâåííî ïðåâîñõîäèò ìàêðîñêîïè÷åñêèå âàðèàöèè
õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñâåðõïðîâîäÿùåé ïðîâîëîêè îä-
íîé è òîé æå ïàðòèè (±5 àò.%). Êîìïîçèöèîííàÿ íå-
îäíîðîäíîñòü ñâåðõïðîâîäÿùåé ôàçû ìîæåò âîçíè-
êàòü â ïðîöåññå ôîðìèðîâàíèÿ âûäåëåíèé α-Ti [6,9].
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà çàêîíîìåðíîñòè ôîðìèðî-
âàíèÿ ñïåêòðà ïîëåâîãî èñïàðåíèÿ ó÷àñòêîâ β-ôàçû ñ
ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèåé òèòàíà 49,8 è 71,0 àò.% ïðè-
âåëà ê çíà÷åíèÿì θ = 1,02 è θ = 1,04 ïðè ñòàòèñòè÷åñ-
êèõ çíà÷èìîñòÿõ S îòêëîíåíèé îò åäèíèöû ðàâíûõ
0,50 è 0,69 ñîîòâåòñòâåííî. Êàê èçâåñòíî, íàëè÷èþ
êëàñòåðèçàöèè àòîìîâ îäíîãî òèïà ëèáî õèìè÷åñêîìó
áëèæíåìó ïîðÿäêó ïðè îòêëîíåíèè ýêñïåðèìåíòàëü-
íîãî ïàðàìåòðà óïîðÿäî÷åíèÿ îò çíà÷åíèÿ θ = 1 ñîîò-
âåòñòâóþò çíà÷åíèÿ S áîëüøèå 1,96 èëè ìåíüøèå
–1,96 [11]. Ïîëó÷åííîå â íàñòîÿùèõ ýêñïåðèìåíòàõ
ñòàòèñòè÷åñêè çíà÷èìîå ðàâåíñòâî ïàðàìåòðà óïîðÿ-
äî÷åíèÿ åäèíèöå óêàçûâàåò íà îòñóòñòâèå òåíäåíöèè
íà àòîìíîì óðîâíå ê îáðàçîâàíèþ êëàñòåðîâ àòîìîâ
òèòàíà.
Íàìè òàêæå áûëè èññëåäîâàíû íà óðîâíå ðåãèñò-
ðàöèè îòäåëüíûõ àòîìîâ ðàñïðåäåëåíèÿ öåïî÷åê
NbTiNb, NbTiTiNb, NbTiTiTiNb è ò.ä., ïîñëåäîâàòåëü-
íî ïîÿâëÿþùèõñÿ â ñïåêòðå íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ïî-
ëåâîãî èñïàðåíèÿ. Â îäíîðîäíîì òâåðäîì ðàñòâîðå, â
êîòîðîì îòñóòñòâóþò óïîðÿäî÷åíèå è êëàñòåðèçàöèÿ,
ðàñïðåäåëåíèå ïî êîëè÷åñòâó àòîìîâ îäíîãî òèïà â öå-
ïî÷êàõ ÿâëÿåòñÿ ñëó÷àéíûì. Âåðîÿòíîñòü äåòåêòèðî-
âàíèÿ öåïî÷åê, ñîäåðæàùèõ n àòîìîâ òèòàíà â ïî-
ñëåäîâàòåëüíîñòè ðåãèñòðàöèè ñïåêòðà èñïàðåíèÿ,
â òàêîì ðàñïðåäåëåíèè ðàâíà P(n) = pnq2 è D(n) =
= NP(n), ãäå p — âåðîÿòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ àòîìîâ
òèòàíà, q = 1– p, è N – ïîëíîå ÷èñëî àòîìîâ â öåïî÷êå
[10,11]. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ çíà÷èìîñòü ýêñïåðèìåíòàëü-
íûõ ðåçóëüòàòîâ ðàâíà [DAP(n) –D(n)]/ , ãäå DAP(n) —
ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëåííàÿ âåðîÿòíîñòü äåòåê-
òèðîâàíèÿ öåïî÷êè, ñîäåðæàùåé n àòîìîâ òèòàíà è
σ = Np qn 2. Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû ñòàòèñòè÷åñêèå çíà-
÷èìîñòè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çíà÷åíèé âåðîÿòíîñòè
äåòåêòèðîâàíèÿ öåïî÷êè, ñîäåðæàùåé n àòîìîâ òè-
òàíà, ïîëó÷åííûå â ñåðèÿõ ýêñïåðèìåíòîâ ïî èì-
ïóëüñíîìó èñïàðåíèþ -ôàçû ñî ñðåäíåé êîíöåíòðà-
öèåé òèòàíà 49,8 è 71,0 àò.%. Êàê ñëåäóåò èç ðèñ. 2,
â îáîèõ ñëó÷àÿõ ñòàòèñòè÷åñêàÿ çíà÷èìîñòü ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûõ äàííûõ ëåæèò â èíòåðâàëå, õàðàêòåðíîì
äëÿ èäåàëüíî íåóïîðÿäî÷åííîãî òâåðäîãî ðàñòâîðà.
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîçâîëÿþò ñäåëàòü âû-
âîä îá îòñóòñòâèè â β-ôàçå ñ ðàçëè÷íîé ëîêàëüíîé
êîíöåíòðàöèåé ýëåìåíòîâ ýôôåêòîâ óïîðÿäî÷åíèÿ è
êëàñòåðèçàöèè. Â ñâÿçè ñ ýòèì åñòåñòâåííîå îáúÿñíå-
íèå ïîëó÷àþò ýêñïåðèìåíòàëüíûå íàáëþäåíèÿ ìåòî-
äàìè ïðîñâå÷èâàþùåé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè îá-
ðàçîâàíèÿ α-Ti èñêëþ÷èòåëüíî íà ãðàíèöàõ è òðîéíûõ
ñòûêàõ çåðåí β-ôàçû [12].
 çàêëþ÷åíèå àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü
À.Ñ. Áàêàþ è Í. Âàíäåðêå çà ïîëåçíûå îáñóæäåíèÿ
ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå Ìåæäóíàðîäíîé
ïðîãðàììû ÍÀÒÎ ¹ SA(PST.CLG.976376)5437.
Ëîêàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ýëåìåíòîâ â -ôàçå ñâåðõïðîâîäÿùåãî ñïëàâà íèîáèé–òèòàí
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 11 1129
1 2 3 4 5
–1,2
–0,8
–0,4
0
0,4
S
n
1
2
Ðèñ. 2. Ñòàòèñòè÷åñêèå çíà÷èìîñòè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
çíà÷åíèé âåðîÿòíîñòè íàáëþäåíèÿ öåïî÷åê, ñîäåðæàùèõ n
àòîìîâ òèòàíà. Ñðåäíÿÿ êîíöåíòðàöèÿ òèòàíà 71,0 (1) è
49,8 (2) àò.% ñîîòâåòñòâåííî.
1. P.J. Lee, J.C. McKinnell, and D.C. Larbalestier, Adv.
Cryogen. Eng. (Materials) 36, 287 (1990).
2. O.V. Chernyj, N.F. Andrievskaya, V.O. Ilicheva, G.E. Sto-
rozhilov, P.J. Lee, and A.A. Squitieri, Adv. Cryogen. Eng.
48, 318 (2002).
3. L.D. Cooley, P.D. Jablonski, P.J. Lee, and D.C. Larbales-
tier, Appl. Phys. Lett. 58, 2984 (1991).
4. Ð.È. Ãàðáåð, Á.Ã. Ëàçàðåâ, Ë.Ñ. Ëàçàðåâà, È.Ì. Ìèõàé-
ëîâñêèé, Í.Í. Ñèäîðåíêî, ÆÝÒÔ 63, 1359 (1972).
5. Á.Ã. Ëàçàðåâ, Ð.È. Ãàðáåð, Æ.È. Äðàíîâà, Ë.Ñ. Ëàçàðåâà,
È.Ì. Ìèõàéëîâñêèé, Í.Í. Ñèäîðåíêî, Âîïðîñû àòîì-
íîé íàóêè è òåõíèêè. Ñåðèÿ: Ôóíäàìåíòàëüíàÿ è ïðè-
êëàäíàÿ ñâåðõïðîâîäèìîñòü ¹ 1(5), 20 (1977).
6. Á.Ã. Ëàçàðåâ, Â.À. Êñåíîôîíòîâ, È.Ì. Ìèõàéëîâñêèé,
Î.À. Âåëèêîäíàÿ, ÔÍÒ 24, 205 (1998).
7. C. Bormio-Nunes, R.M.N. Gomes, M.A. Tirelli, and L.
Ghivelder, J. Appl. Phys. 98, 043907 (2005).
8. C. Bormio-Nunes, M.J.R. Sandim, E.R. Edwards, and L.
Ghivelder, Supercond. Sci. Technol. 19, 1063 (2006).
9. C. Bormio-Nunes, M.J.R. Sandim, and L. Ghivelder, J.
Phys.: Condens. Matter 19, 446204 (2007).
10. C.A. Johnson and J.H. Klotz, Technometrics 16, 483
(1974).
11. M.K. Miller, L. Cerezo, M.G. Hetherington, and G.D.W.
Smith, Atom Probe Field Ion Microscopy, Clarendon, Ox-
ford (1996).
12. D.C. Larbalestier and A.W. West, Acta Metal. 32, 1871
(1984).
Local distribution of elements in β-phase
of niobium-titan superconducting alloy
V.A. Ksenofontov, M.B. Lazareva, T.I. Mazilova,
I.M. Mikhailovskij, G.E. Storozhilov, and O.V. Chernij
The method of high-resolution atom probing
was used to analyze the features of the chemical
composition of the nanostructurized niobium- titan
superconducting alloy subjected to optimum ther-
momechanical treatment. Inhomogeneous distribu-
tions of elements in the matrix at a mesoscopic le-
vel is observed and it is found that these essentially
exceed the technology-produced chemical hetero-
geneity of the alloy. Nano-scale heterogeneity of
the β-phase structure of is found out. It is estab-
lished, that the ordering parameter of the titan at-
oms is equal to unity and that the alloy is free of
atom clustering and chemical short-range ordering.
PACS: 61.46.–w Structure of nanoscale materials;
68.37.Ps Atomic force microscopy (AFM);
81.07.Bc Nanocrystalline materials;
82.80.Ms Mass spectrometry (including
SIMS, multiphoton ionization and reso-
nance ionization mass spectrometry,
MALDI).
Keywords: superconducting alloy, nanostructure,
niobium–titan, atom probe/field ion microscope,
parameter of ordering.
1130 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 11
Â.À. Êñåíîôîíòîâ, Ì.Á. Ëàçàðåâà, Ò.È. Ìàçèëîâà, È.Ì. Ìèõàéëîâñêèé, Ã.Å. Ñòîðîæèëîâ, Î.Â. ×åðíûé
|