Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂
Исследована кинетика процесса концентрационно-структурного упорядочения в ионно-плазменных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂. Показано, что метастабильное состояние ионно-плазменных конденсатов во всем исследованном температурном интервале 350—870 К стимулирует концентрационное расслоение...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2008
|
| Series: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87841 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ / А.П. Шпак, О.В. Соболь, Ю.А. Куницкий, М.Ю. Барабаш, Д.С. Леонов, Я.А. Нечитайло // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 147-152. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87841 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-878412025-02-09T17:00:39Z Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ Kinetics of Ordering in Nanostructured Condensates of W₂B₅—TiB₂ Quasi-Binary System Шпак, А.П. Соболь, О.В. Куницкий, Ю.А. Барабаш, М.Ю. Леонов, Д.С. Нечитайло, Я.А. Исследована кинетика процесса концентрационно-структурного упорядочения в ионно-плазменных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂. Показано, что метастабильное состояние ионно-плазменных конденсатов во всем исследованном температурном интервале 350—870 К стимулирует концентрационное расслоение с формированием модулированной структуры на основе металлических атомов. Наиболее интенсивно процесс упорядочения протекает в начальные моменты времени термического воздействия, а его эффективность повышается с увеличением температуры. Досліджено кінетику процесу концентраційно-структурного впорядкування в йоннолазмових конденсатах квазибінарної системи W₂B₅—TiB₂. Показано, що метастабільний стан йонно-плазмових конденсатів у всьому досліджуваному температурному інтервалі 350—870 К стимулює концентраційне розшарування з формуванням модульованої структури на основі металевих атомів. Найбільш інтенсивно процес впорядкування відбувається в початкові моменти часу термічної взаємодії, а його ефективність підвищується з підвищенням температури. Kinetics of concentration-structural ordering process in ionic-plasma condensates of quasi-binary W₂B₅—TiB₂ system is investigated. As shown, the metastable state of ion-plasma condensates within the whole investigated temperature range of 350—870 К stimulates concentration decomposition with formation of the modulated structure based on metal atoms. Process of ordering proceeds most intensively during the initial moments of time of thermal action, and its efficiency increases with temperature. 2008 Article Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ / А.П. Шпак, О.В. Соболь, Ю.А. Куницкий, М.Ю. Барабаш, Д.С. Леонов, Я.А. Нечитайло // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 147-152. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 61.10.Eq,61.10.Nz,61.43.Hv,68.55.-a,81.05.Je,81.07.Bc,81.15.Gh https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87841 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології application/pdf Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Исследована кинетика процесса концентрационно-структурного упорядочения в ионно-плазменных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂. Показано, что метастабильное состояние ионно-плазменных конденсатов во всем исследованном температурном интервале 350—870 К стимулирует концентрационное расслоение с формированием модулированной
структуры на основе металлических атомов. Наиболее интенсивно процесс упорядочения протекает в начальные моменты времени термического воздействия, а его эффективность повышается с увеличением температуры. |
| format |
Article |
| author |
Шпак, А.П. Соболь, О.В. Куницкий, Ю.А. Барабаш, М.Ю. Леонов, Д.С. Нечитайло, Я.А. |
| spellingShingle |
Шпак, А.П. Соболь, О.В. Куницкий, Ю.А. Барабаш, М.Ю. Леонов, Д.С. Нечитайло, Я.А. Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| author_facet |
Шпак, А.П. Соболь, О.В. Куницкий, Ю.А. Барабаш, М.Ю. Леонов, Д.С. Нечитайло, Я.А. |
| author_sort |
Шпак, А.П. |
| title |
Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ |
| title_short |
Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ |
| title_full |
Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ |
| title_fullStr |
Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ |
| title_full_unstemmed |
Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ |
| title_sort |
кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы w₂b₅—tib₂ |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| publishDate |
2008 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87841 |
| citation_txt |
Кинетика упорядочения в наноструктурных конденсатах квазибинарной системы W₂B₅—TiB₂ / А.П. Шпак, О.В. Соболь, Ю.А. Куницкий, М.Ю. Барабаш, Д.С. Леонов, Я.А. Нечитайло // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 147-152. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| work_keys_str_mv |
AT špakap kinetikauporâdočeniâvnanostrukturnyhkondensatahkvazibinarnojsistemyw2b5tib2 AT sobolʹov kinetikauporâdočeniâvnanostrukturnyhkondensatahkvazibinarnojsistemyw2b5tib2 AT kunickijûa kinetikauporâdočeniâvnanostrukturnyhkondensatahkvazibinarnojsistemyw2b5tib2 AT barabašmû kinetikauporâdočeniâvnanostrukturnyhkondensatahkvazibinarnojsistemyw2b5tib2 AT leonovds kinetikauporâdočeniâvnanostrukturnyhkondensatahkvazibinarnojsistemyw2b5tib2 AT nečitajloâa kinetikauporâdočeniâvnanostrukturnyhkondensatahkvazibinarnojsistemyw2b5tib2 AT špakap kineticsoforderinginnanostructuredcondensatesofw2b5tib2quasibinarysystem AT sobolʹov kineticsoforderinginnanostructuredcondensatesofw2b5tib2quasibinarysystem AT kunickijûa kineticsoforderinginnanostructuredcondensatesofw2b5tib2quasibinarysystem AT barabašmû kineticsoforderinginnanostructuredcondensatesofw2b5tib2quasibinarysystem AT leonovds kineticsoforderinginnanostructuredcondensatesofw2b5tib2quasibinarysystem AT nečitajloâa kineticsoforderinginnanostructuredcondensatesofw2b5tib2quasibinarysystem |
| first_indexed |
2025-11-28T09:04:04Z |
| last_indexed |
2025-11-28T09:04:04Z |
| _version_ |
1850024298083778560 |
| fulltext |
147
PACS numbers: 61.10.Eq, 61.10.Nz, 61.43.Hv, 68.55.-a, 81.05.Je, 81.07.Bc, 81.15.Gh
Кинетика упорядочения в наноструктурных
конденсатах квазибинарной системы W2B5—TiB2
А. П. Шпак, О. В. Соболь*, Ю. А. Куницкий**, М. Ю. Барабаш**,
Д. С. Леонов**, Я. А. Нечитайло**
Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины,
бульв. Акад. Вернадского, 36,
03680, ГСП, Киев-142, Украина
*Национальный технический университет «ХПИ»,
ул. Фрунзе, 21,
61002 Харьков, Украина
**Технический центр НАН Украины,
ул. Покровская, 13,
04070 Киев, Украина
Исследована кинетика процесса концентрационно-структурного упорядо-
чения в ионно-плазменных конденсатах квазибинарной системы W2B5—
TiB2. Показано, что метастабильное состояние ионно-плазменных конден-
сатов во всем исследованном температурном интервале 350—870 К стиму-
лирует концентрационное расслоение с формированием модулированной
структуры на основе металлических атомов. Наиболее интенсивно процесс
упорядочения протекает в начальные моменты времени термического воз-
действия, а его эффективность повышается с увеличением температуры.
Досліджено кінетику процесу концентраційно-структурного впорядку-
вання в йонно-плазмових конденсатах квазибінарної системи W2B5—TiB2.
Показано, що метастабільний стан йонно-плазмових конденсатів у всьому
досліджуваному температурному інтервалі 350—870 К стимулює концен-
траційне розшарування з формуванням модульованої структури на основі
металевих атомів. Найбільш інтенсивно процес впорядкування відбува-
ється в початкові моменти часу термічної взаємодії, а його ефективність
підвищується з підвищенням температури.
Kinetics of concentration-structural ordering process in ionic-plasma conden-
sates of quasi-binary W2B5—TiB2 system is investigated. As shown, the metast-
able state of ion-plasma condensates within the whole investigated tempera-
ture range of 350—870 К stimulates concentration decomposition with forma-
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2008, т. 6, № 1, сс. 147—152
© 2008 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
148 А. П. ШПАК, О. В. СОБОЛЬ, Ю. А. КУНИЦКИЙ и др.
tion of the modulated structure based on metal atoms. Process of ordering pro-
ceeds most intensively during the initial moments of time of thermal action,
and its efficiency increases with temperature.
Ключевые слова: ионно-плазменное напыление, конденсаты, структур-
ное упорядочение.
(Получено 10 января 2008 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Нанокристаллическое структурное состояние конденсатов пересы-
щенных твердых растворов является неравновесным, его энергия
может быть понижена в результате различных процессов концен-
трационно-структурного упорядочения, исследованного ранее для
конденсатов системы W—Ti—B в работах [1—3].
Характерной особенностью конденсатов квазибинарной борид-
ной системы TiB2—W2B5 является значительное расширение области
твердорастворного состояния на основе более простой решетки TiB2
(от максимального значения растворения 63 мол.% W2B5 в ТiВ2-
матрице при равновесных условиях получения до значений, пре-
вышающих 85 мол.% W2B5 в ТiВ2-матрице, в конденсированном
состоянии), а также устойчивость такого твердорастворного со-
стояния к распаду на составляющие TiB2 и W2B5 как при конденса-
ции в интервале температур конденсации Тк = 350—1220 К, так и
при дальнейшем отжиге при Т ≤ 1300 К [4].
Цель работы – исследование кинетика процесса концентраци-
онно-структурного упорядочения в ионно-плазменных конденсатах
квазибинарной системы W2B5—TiB2 в зависимости от температуры
их формирования и постконденсационного отжига.
2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Образцы были получены на подложках из алюминиевой фольги
толщиной ∼ 0,015 мм при различных температурах подложки при
конденсации (Tк), изменяющихся в пределах 350—870 К.
С целью выявления концентрационно-структурных изменений
осуществляли изотермический отжиг при То ≤ 870 К. Время отжига
изменяли дискретно в интервале 5—90 мин.
Малоугловая рентгеновская съемка проводилась на дифракто-
метре ДРАМ в интервале углов рассеяния 2θ ≈ 0,05—5° с регистра-
цией излучения позиционно-чувствительным детектором. Про-
странственное разрешение детектора составляло 0,1 мм, что при
расстоянии от образца до детектора, равном 700 мм, позволяет по-
КИНЕТИКА УПОРЯДОЧЕНИЯ В НАНОСТРУКТУРНЫХ КОНДЕНСАТАХ 149
лучать разрешение 0,01° на один канал многоканального детекто-
ра, связанного с ПЭВМ. В качестве источника излучения использо-
валась рентгеновская трубка с медным анодом. Рабочее напряже-
ние трубки U = 26 кВ, ток I = 22 мА. Для съемки использовалась
схема коллимации первичного пучка по Кратки. При обработке
кривых МУРР применялась специальная компьютерная програм-
ма, предусматривающая процедуру исключения коллимационных
искажений на высоту и ширину первичного пучка.
Исследование кинетики процесса упорядочения проводилось на
двух сериях образцов. В одной серии образцов изменялась темпе-
ратура подложки при конденсации Тк от 350 до 870 К, а во вто-
рой – конденсаты, полученные при Тк = 300 К, отжигались в ин-
тервале температур То = 570—870 К в течение 20—90 мин.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рисунке 1 приведены кривые МУРР характеризующие кинети-
ку упорядочения для первой серии ионно-плазменных конденсатов
(Ti, W)B2 твердого раствора, полученных распылением мишени со-
става 83мол.% W2B5—17 мол.%TiB2.
Видно, что увеличение температуры конденсации Тк (время осаж-
дения составляло ≈ 60 мин) приводит к повышению степени совер-
шенства структурного упорядочения, что сопровождается увеличе-
нием интенсивности корреляционного максимума (рис. 1, кривые
1—3). Увеличение длительности изотермического отжига также
Рис. 1. Зависимость изменения интенсивности корреляционной кривой при
различной температуре конденсации покрытий на алюминиевую фольгу,
Тк, К: 1 – 350; 2 – 570; 3 – 870.
150 А. П. ШПАК, О. В. СОБОЛЬ, Ю. А. КУНИЦКИЙ и др.
приводит к увеличению интенсивности корреляционного максиму-
ма на кривых I(s).
На рисунке 2 приведены характерные кривые МУРР для 30 и 90
мин отжига при Tо = 870 К. Видно, что в достаточно большом вре-
менном интервале наблюдается повышение интенсивности корре-
ляционного максимума на кривой I(s), что свидетельствует о проте-
кании во всем этом временном интервале процессов упорядочения.
В этой связи полезно сделать сравнительную оценку коэффици-
ента диффузионной подвижности атомов при конденсации и отжи-
ге. Из полученных при разных температурах Тк и длительности
конденсации и отжига То пленок, которым соответствуют малоуг-
ловые кривые I(s), можно определить [2] коэффициент диффузии
D% , который в отличие от коэффициента гетеродиффузии при рас-
слоении имеет отрицательное значение (восходящая диффузия).
Проведенные для широкого интервала температур, длительности
конденсации и отжига оценки показали, что диффузионная под-
вижность атомов при увеличении времени теплового воздействия
имеет тенденцию к достаточно существенному понижению. Так,
при Tо = 720 К при наиболее коротком времени отжига 5 мин сред-
нее значение в этом временном интервале D% ≈ −9,0⋅10−19cм2/с. При
увеличении времени отжига до 20 и 40 мин средние в этих времен-
ных интервалах значения D% уменьшились соответственно до
−3,4⋅10−19
cм
2/с и −1,9⋅10−19cм2/с, а при 60 минутном отжиге среднее
значение D% составило −9⋅10−20
cм
2/с. Временная зависимость коэф-
фициента диффузионной подвижности приведена на рис. 3. Видно,
Рис. 2. Кривые МУРР конденсатов квазибинарной боридной системы, под-
вергнутых разному времени отжига при То = 870 К: 1 – исходное состоя-
ние; 2 – 30 мин; 3 – 90 мин.
КИНЕТИКА УПОРЯДОЧЕНИЯ В НАНОСТРУКТУРНЫХ КОНДЕНСАТАХ 151
что зависимость D = f(τ) при приближении к начальным временам
отжига приобретает экспоненциальный вид, что свидетельствует о
большей склонности к упорядочению конденсированной системы
непосредственно в метастабильном постконденсационном состоя-
нии. Оцениваемая из графика D = f(τ) (рис. 3) величина D% в на-
чальные моменты отжига конденсата при Tо = 720 К может превы-
шать −1,5⋅10−18cм2/с.
Характерно, что при 5-минутном отжиге при То = 720 К конден-
сата состава 62 мол.% W2B5—38 мол.% TiB2 оценка диффузионной
подвижности при упорядочении дает несколько меньшую величину
Рис. 3. Зависимость коэффициента диффузионной подвижности от вре-
мени отжига τ конденсата при То = 720 К.
0 600 900
1⋅10−20
1⋅10−19
1⋅10−18
D, ñì2/ñ
T, Ê
1
2
Рис. 4. Температурная зависимость коэффициента диффузии при струк-
турном упорядочении: 1 –Тк; 2 –То.
152 А. П. ШПАК, О. В. СОБОЛЬ, Ю. А. КУНИЦКИЙ и др.
D% ≈ −7,0⋅10−19
cм
2/с в сравнении с D% ≈ −9,0⋅10−19
cм
2/с, полученной
для идентичного времени отжига конденсата состава 83 мол.%
W2B5—17 мол.% TiB2. При увеличении Tо до 870 К величина D% при
приближении к начальной временной стадии структурного упоря-
дочения изменяется еще более существенно: от −1,8⋅10−18
cм
2/с при
времени отжига 30 мин до −(0,7—0,8)⋅10−18cм2/с при времени отжига
90 мин.
Характерно, что при длительном тепловом воздействии, диффузи-
онная подвижность атомов при концентрационно-структурном упо-
рядочении близка по своей величине к коэффициенту гетеродиффу-
зии атомов в интерметаллидах [5]. Это свидетельствует о домини-
рующей диффузии металлических атомов в процессе структурного
упорядочения. Поэтому процесс упорядочения металлических ато-
мов (W, Ti) следует считать определяющим кинетику изменения ин-
тенсивности корреляционных максимумов на кривых МУРР.
4. ВЫВОДЫ
Под действием термического фактора, как в процессе формиро-
вания конденсата, так и при постконденсационном воздействии в
ионно-плазменных конденсатах (Ti,W)B2 твердого раствора про-
текает концентрационное упорядочение, приводящее к формиро-
ванию модулированной структуры.
Наиболее эффективно этот процесс осуществляется на начальной
стадии, о чем свидетельствует повышение коэффициента диффузи-
онной подвижности при уменьшении времени термического воздей-
ствия на исходное метастабильное состояние конденсата (Ti,W)B2.
Высокая интенсивность корреляционного пика упорядочения
свидетельствует о большой отражательной способности упорядочи-
вающихся атомов, характерной для атомов металлической подре-
шетки твердого раствора. Это находит свое подтверждение в вели-
чине значения коэффициента диффузионной подвижности, которая
близка к коэффициенту гетеродиффузии в интерметаллидах.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. А. П. Шпак, О. В. Соболь, П. Г. Черемской, Ю. А. Куницкий, А. Н. Стецен-
ко, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 4, вип. 2: 373 (2006).
2. О. В. Соболь, Физика твердого тела, 49, вып. 6: 1104 (2007).
3. А. П. Шпак, О. В. Соболь, Ю. А. Куницкий, М. Ю. Барабаш, Порошковая
металлургия, №1/2: 72 (2008).
4. О. В. Соболь, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 4, вип. 3: 707
(2006).
5. K. B. Rundman and J. E. Hilliard, Acta Met., 15: 1025 (1967).
|