Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Диаграмма состояния и фазовые составляющие твердого раствора железа в кремнии

01.06.2019

Первоначальные сведения о растворимости железа в кремнии, полученные металлографическими и в некоторых случаях рентгеновскими методами, не отличались надежностью. Этому способствовало также использование недостаточно чистых препаратов. Например, согласно данным Мураками, она достигает 4—5%. Удивительно, однако, то, что подобные значения приводят некоторые авторы и в последнее время. Между тем очевидно, что в силу жесткой локализации и насыщенности ковалентных связей в кремнии растворимость в нем переходных металлов должна быть невелика.

Это обстоятельство получило качественное подтверждение в более тщательно выполненных рентгенографических исследованиях и количественное обоснование в более надежных работах, проведенных с использованием радиоактивных изотопов железа. Следует при этом заметить, что хотя во всех этих работах были получены весьма малые значения растворимости (Np), различие их численных значений достигало одного, двух порядков (табл. 11).
Диаграмма состояния и фазовые составляющие твердого раствора железа в кремнии

Столь существенное различие в данных в основном обусловлено следующими обстоятельствами.

Прежде всего в работе количество наносимого на поверхность кремния радиоактивного железа было столь невелико, что не обеспечивало насыщение поверхностного слоя в течение всего периода диффузионного отжига. В связи с этим поверхностная концентрация, рассчитанная из законов распределения железа по глубине образца, была меньше его растворимости в кремнии.

Кроме того, как известно, миграция атомов железа и ряда других металлов в кремнии осуществляется одновременно двумя путями: по междоузлиям (малая энергия активации, быстрая диффузия) и по узлам кристаллической решетки с замещением в них атомов кремния — (большая энергия активации, медленная диффузия). Имеются основания полагать, что в работе изучался первый механизм диффузии и, следовательно, оценивалась концентрация атомов железа только в междоузлиях решетки кремния. Полная же растворимость включает в себя еще и атомы железа, расположенные в узлах решетки, количество которых заметно больше, чем междоузельных.

В опытах же в основном изучалась медленная диффузия атомов железа по узлам кристаллической решетки, в связи с чем были найдены большие по величине и более достоверные значения растворимости.

Кстати отметим, что в связи с различием энергий активации процессов быстрой и медленной диффузии данные заметно сближаются с ростом температуры.

При рассмотрении температурной зависимости растворимости железа в кремнии обращает на себя внимание тот факт, что Nр достигает максимума при температуре, несколько превышающей эвтектическую. Это наглядно видно из рис. 52 (построенного по данным), заимствованного из монографии Глазова и Земскова. Подобная зависимость Nр(T), наблюдаемая и во многих других бинарных системах с малой взаимной растворимостью твердых компонентов, говорит о том, что в рассматриваемом случае линия солидуса имеет ретроградный характер. Причины этого обстоятельства обычно связывают с тем, что твердый раствор железа в кремнии подчиняется законам реальных (в простейшем случае регулярных) растворов, а жидкая фаза близка по своим свойствам к идеальным растворам. Соответствующие термодинамические условия сосуществования таких фаз подробно рассмотрены, например, в монографии Свелина.

Природа глубоких уровней, образуемых растворенными атомами железа в кремнии, исследовалась в работе и предшествующих трудах.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: