Диаграмма состояния и фазовые составляющие твердых растворов кремния в никеле (M = 58,69)

Металлический никель кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке типа Al (Fm3m—Oh5). Размер его элементарной ячейки, в которой располагаются четыре атома, согласно данным, при 18° С равен а = 3,5239 А. Следует заметить, что период идентичности металла, как показали Коган и Булатов, чувствителен к его изотопному составу. В частности, при 78° К периоды решетки Ni58 и Ni64 составляют 3,5087 и 3,5082 А, т. е. отличаются друг от друга на 0,015%.

Предположение о существовании устойчивой гексагональной модификации никеля не получило подтверждения. В частности, в работе было показано, что фазу с подобной структурой следует отнести к Ni3C или Ni3N. Однако, по-видимому, гексагональный никель (а = 2,66; с = 4,32 А, с/а =1,63) может существовать как метастабильная фаза, образующаяся, например, при ионной бомбардировке пленок.

Переход никеля из ферро- в парамагнитное состояние весьма чувствителен к чистоте металла и степени совершенства его кристаллической решетки. Именно в связи с этим литературные данные о точке Кюри не отличаются единообразием. В частности, из обзора Герасимова, Kpe-стовникова и Шахова видно, что за последние тридцать лет различные авторы приводили значения 0ф, колеблющиеся от 300 до 360° С. Можно полагать, что достаточно близкой к действительности является величина 0ф = 358° С.

Температура плавления никеля изучалась многими авторами. Как будет видно из данных, приведенных далее, она близка к 1452° С.

Поскольку переход никеля в жидкое состояние сопровождается заметным изменением его объема (АVпл/V = 0,037), постольку и температура его плавления оказывается существенно зависящей от давления. В самом деле, используя уравнение Клапейрона—Клаузиуса и сведения о AVпл, AНпл и Тпл, имеем в = dТпл/dp = 23,9 ТплАVпл/АНпл = 26 град м2/Гн, в то время как экспериментальные данные приводят к значению в = 37 град*м2/Гн.

Интересны указания Гандельмана, Ермаченко и Зельдовича о том, что в ограниченной области сверхвысоких давлений (25<р<150 Тн/м2; плотность от 63 до 130 г/см3) никель должен перейти в неметаллическое состояние. В этих условиях 28 электронов, приходящихся на атом никеля, полностью заполнят уровни с n = 1,2 и 3 и по электронному строению они будут подобны атомам благородных газов. Это обусловлено тем, что при высоких давлениях 3d-полоса по энергетической шкале станет ниже 4s-полосы и в никеле будет отсутствовать полоса проводимости. Последняя может вновь возникнуть при еще больших давлениях (150 Tн/м2) за счет пересечения 3р- и 4d-полос.

Кремний образует с никелем a-твердые растворы, концентрационные границы гомогенности которых существенно зависят от температуры (см. рис. 88). Обзор старых данных о растворимости (NSi0) кремния в никеле содержится в монографии Хансена и Андерко. Из них однозначно следует, что при комнатной и близких к ней температурах NSi0 = 5%. С ростом температуры NSi0 увеличивается и достигает при 1000—1150°С предельного значения, колеблющегося по данным разных авторов от 6,5 до 9,3% Si. При этом, согласно Осава и Окамото, da/dNSi = -0,6*10в-3 А/% (ат.) Si.

Этот вопрос неоднократно уточнялся, В частности, Клемент, изучая концентрационную зависимость параметров a-твердых растворов, полученных быстрым охлаждением расплава, нашел, что они линейно убывают с ростом содержания кремния: da/dNSi = -0,55*10в-3 А/% (ат.) Si. При этом ему удалось получить метастабильные растворы, содержащие до 9,9% Si [18% (ат.) Si]. Позднее, Грэй и Миллер на основании металлографических и рентгеновских исследований пришли к выводу, что при 500° С NSi0 =5% Si, а при 1035° С NSi0 достигает максимального значения, равного 8,5% Si. Это значение несколько меньше установленного в работах, но представляется более надежно обоснованным. В частности, оно согласуется с результатами исследования термоэлектрических свойств сплавов никеля с кремнием, выполненных Фоминой и Коржем, из которых следует, что область гомогенности a-фазы распространяется примерно до 6% Si.

Тщательное магнитометрическое и электронномикроскопическое исследование сплавов никеля с кремнием привело авторов работы к выводу, что между 620 и 845° С растворимость кремния описывается выражением

Эти результаты удовлетворительно согласуются с предшествующими данными.

Далее, концентрационные зависимости периода идентичности решетки и температур Кюри a-твердых растворов недавно изучались в работе. При этом было установлено, что с ростом NSi а убывает линейно. Однако, по их данным, da/dNsi = -0,84*10в-3 А/% (ат.) Si, что существенно превышает результаты. При этом авторы полагают, что растворимость кремния в никеле при 800°С составляет 7,5% [14% (ат.)]. Это значение заметно выше указанного другими исследователями (~6% Si). Кроме того, в этой работе было показано, что зависимость 0ф [% (ат.) Si] носит линейный характер и температура Кюри насыщенного твердого раствора кремния в никеле составляет примерно 75° С. Существенно иную зависимость 0ф [% (ат.) Si] установил недавно автор, изучавший магнитную восприимчивость сплавов никеля с кремнием, содержащих до 10% (ат.) Si. По его данным, 0ф = 648—42,5NSi, % (ат.), т. е. (d0ф/dNSi) = -42,5 град/% (ат.) Si, что хорошо согласуется с результатами исследований Кренгле и Мартина.