Диаграмма состояния и фазовые составляющие системы ванадий-кремний

Ванадий образует с кремнием ряд силицидов, основные особенности которых изучены достаточно подробно. Если не касаться результатов старых работ, в которых диагностика фазовых составляющих сплавов не отличалась надежностью, то в подавляющем числе более поздних исследований при обсуждении диаграммы состояния системы V—Si учитывалось наличие лишь кремния, его твердого раствора в ванадии, а также трех интерметаллидов V3Si, V5Si3 и VSi2. Лишь в самое последнее время появились предварительные сведения о наличии еще одного силицида (V6Si5), близкого по составу к моносилициду.

Значительно сложнее дело обстоит с диаграммой состояния рассматриваемой системы. Несмотря на неоднократные попытки ее установления, мы до последнего времени располагаем далеко не полными данными о ее особенностях.

Первое, достаточно систематическое изучение диаграммы плавкости системы V—Si (сплавы, содержащие от 0 до 60% V) было выполнено Гибельхаузеном. Правда, при этом использовались технические материалы, содержащие большие количества примесей, заметно влияющих на условия плавления системы. Результаты термических и металлографических исследований показали, что дисилицид ванадия плавится конгруэнтно при 1654° С и образует с кремнием эвтектику, содержащую около 95% Si; точка ее плавления близка к 1415°С. Сходные характеристики высококремнистой эвтектики были получены позднее Джонсоном и Хансеном.

Фазовые равновесия в сплавах, богатых ванадием (0—40% Si), были впервые изучены термическими, металлографическими и рентгеновскими методами Ростомером и Ямамотой. В их кратком сообщении отмечается, что ванадий образует с V3Si эвтектику (tЭ = 1840° С [% Si]Э = 75%). Растворимость кремния в ванадии при этой температуре составляет около 5% и быстро убывает с ее понижением. Низший силицид (V3Si), по их данным, образуется из расплава и V2Si (точнее V5Si3) по перитектической реакции при 2060° С. Концентрационные же пределы гомогенности V3Si ими не изучались.

Более систематические и тщательные сведения о диаграмме состояния были получены Киффером, Бенезовским и Шмидом на основании металлографических, термических и рентгеновских исследований сплавов, содержащих от 0 примерно до 100% Si. Условия плавления в этой работе изучались на образцах, концентрация кремния в которых превышала 8,9%. Полученные авторами данные, которые до последнего времени считались наиболее достоверными, обобщены на рис. 13.

Наконец, в последнее время условия равновесия сплавов, богатых ванадием, были предметом тщательных исследований Ефимова, а также Брунинга.

Работа Ефимова была в основном посвящена изучению растворимости кремния в твердом ванадии, а также уточнению температурно-концентрационных границ однофазного существования низшего силицида. При решении этой задачи автор использовал микроскопический и рентгеновский методы, а также результаты измерений микротвердости фазовых составляющих сплавов. Сходный круг вопросов рассматривался и в исследовании Брунинга. При этом были получены данные, в ряде случаев неплохо согласующиеся с результатами Ефимова, позволившие построить новый вариант диаграммы состояния частной системы V—V5Si3, приведенный на рис. 14.

Этими работами исчерпывается список исследований, посвященных изучению диаграммы состояния системы V—Si. Можно констатировать, что достаточно надежная информация имеется о двух частных системах: V—V5Si3 и VSi2—Si. Напротив, сведения о характере и условиях фазовых равновесий в системе V5Si3—VSi2 нуждаются в существенном уточнении.