книги из ГПНТБ / Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов

99,998% (ат.); остаточное сопротивление после отжига

при 2500°С составляло ^(273 К). —2500.

«(4,2 К )

В большинстве работ освещается третья стадия воз­ врата. В табл. 5 приведены данные из некоторых работ, систематизированные Шульцем. Единой точки зрения на природу третьей стадии возврата в вольфраме и дру­ гих о. ц. к. металлах нет. Энергия активации этой ста­ дии как для облученного, так и для холоднодеформированного вольфрама составляет2,72-ІО-19—В,12- 10-1SДж

низм— миграция атомов примесей внедрения — основан на близости значений энергии активации диффузии примесей внедрения, в частности углерода, с энергией активации возврата на третьей стадии. Однако Шульц признает, что убедительных данных, подтверждающих эту точку зрения, нет. В большинстве работ отдается предпочтение представлениям о том, что механизмом, ответственным за третью стадию возврата в вольфра­ ме, является миграция собственных межузельных ато­ мов вольфрама и их рекомбинация с вакансиями. На четвертой стадии возврата, по-видимому, происходит миграция оставшихся после рекомбинации на третьей стадии вакансий. Энергия активации на этой стадии воз­ врата составляет 5,28-ІО-19 Дж (3,3 эВ). Абсолютные значения величин изменения электросопротивления при возврате на четвертой стадии невелики. Четвертая ста­ дия плавно переходит в пятую стадию возврата. На пятой стадии, которой отвечает дислокационный воз­ врат, контролирующим механизмом, по-видимому, яв­ ляетсяснижение плотности дислокаций, которое проис­ ходит с повышением температуры до тех пор, пока не произойдет полигонизация или рекристаллизация, если не приняты специальные мепы, чтобы ее избежать. При отсутствии рекристаллизации возврат заканчивается с

завершением процесса полигонизации. Изменение электросопротивления при возврате деформированных о-ц. к. металлов намного опережает изменение механи­

ческих свойств, что хорошо видно из рис. 53*. Заметное

* См. сноску на с. J18.

122

изменение Механических свойств вольфрама электрон­ нолучевой плавки .начинается лишь с наступлением пя­ той стадии возврата. Разупрочнение вольфрамовой про­ волоки технической чистоты начинается при температу­ рах отжига выше 1000°С. Снижается прочность прово­ локи и растет ее пластичность. Разупрочнение при этом происходит в несколько стадий, которые, по-видимому,

Рис. 53. Возврат предела прочности при растяже­ нии (/) и остаточного электросопротивления (2) холоднодеформированной вольфрамовой проволоки:

ции [79].

Примеси и легирующие присадки, такие как железо, рений, ниобий, титан, в количествах 0,1% (ат.), а так­ же добавки К20, Si02 и А120 3 или ТЮ2 в количествах, обычных для '«непровисающего» и торированного воль­ фрама, мало сказываются на начальных стадиях воз­ врата. Существенное изменение характера возврата электросопротивления, связанное с присутствием ука­ занных примесей, наблюдается при высоких температу­ рах, начиная с четвертой стадии. Это иллюстрируется на рис. 54*.

* См. сноску на с. 118.

123

Возврат электросопротивления в молибдене

Последовательность процессов возврата в молибде­ не подобна наблюдаемой в вольфраме. Также можно яс­ но различить пять стадий возврата электросопротивле­ ния, как это видно на рис. 55 [80, с. 3—31]. На рисунке

пластически деформированного молибдена [80]

приведены, кроме того, значения энергии активации, от­ вечающие каждой стадии возврата электросопротивле­ ния. Такой характер возврата наблюдается как для об­ лученного, так и для холоднодеформированного молиб­ дена, причем пятая и шестая конечные стадии возврата

с. 3—31]. Первая стадия после облучения электронами, тепловыми и быстрыми нейтронами может быть разде­ лена на четыре подстадии. Максимум возврата на каж­

125

Вторая стадия возврата электросопротивления до­ вольно длинная. Она наблюдается в широком интерва­ ле температур — от 80 до 300 К. Энергия активации на этой стадии охватывает диапазон (0,32—1,6) ІО-19 Дж (0,2—1 эВ). Процессы, ответственные за эту стадию возврата, также не выяснены. Отдельные максимумы возврата на этой стадии могут быть связаны с влияни­ ем примесных атомов.

Третья, четвертая, пятая и шестая стадии возврата электросопротивления наблюдаются на деформирован­ ных, а третья и четвертая, кроме того, и на облученных образцах молибдена.

Третья стадия протекает в интервале 300—500 К. Энергия активации процессов, протекающих на этой ста­ дии, составляет (1,97—2,08) 10—19 Дж (1,23—1,3 эВ).

Третья стадия возврата электросопротивления молиб­ дена как после облучения, так и после холодной дефор­ мации изучена наиболее подробно. Данные о «ей при­ ведены в табл. 5. Скорость возврата здесь отвечает ки­ нетике реакции второго порядка. Большинство авторов считают, что за третью стадию как деформированного, так и облученного молибдена ответственна миграция собственных межузельных атомов и их рекомбинация с вакансиями. При этом в холоднодеформированном мо­ либдене температура максимума на третьей стадии возврата ниже, чем в облученном, из-за большого коли­ чества дислокаций, которые являются стоками для межузельных атомов. Дискутируется мнение о том, что за третью стадию возврата в облученном молибдене от­ ветственна миграция дивакансий или одиночных вакан­ сий [80, с. 289—301].

Четвертая стадия возврата молибдена наблюдается в интервале 500—700 К. Энергия активации в этом слу­ чае составляет около 3,2-ІО-19 Дж (около 2,0 эВ). Чет­ вертая стадия как в облученном, так и в деформированом молибдене связана, вероятно, с миграцией вакан­ сий, оставшихся после третьей стадии. Атомная концен­ трация одиночных вакансий, участвующих в процессе возврата на четвертой стадии, по оценкам Ниуля [81], не превышает ІО-5. В этом интервале температур на процессах возврата сказываются присутствующие при­ меси внедрения, в частности азот.

Пятая стадия возврата наблюдается лишь в дефор­

126

локаций и уменьшением их плотности. Кинетика проте­ кания дислокационного возврата определяется характе­ ром дислокационной структуры, возникшей в результате деформации.

На рис. 56 приведены кривые изменения электросо­ противления и микротвердости прокатанного с обжати­

ячейки <я/180 рад ( ^ 1 град). Наряду с участками ячеистой структуры встречаются области с относительно

(рис. 57, е, г). Скорость полигонизации в разных уча­ стках структуры различна. Отжиг в течение 1 ч при 615°С приводит к возникновению в местах матрицы с ячеистой структурой отдельных субзерен или групп субзерен с относительно совершенными границами. В результате роста таких субзерен при дальнейшем на-

127

при 558°>С и 3 ч при 525°С. Для образцов с такой ис­ ходной дислокационной структурой дислокационный возврат при 15-мин изохронном отжиге наблюдается в температурном интервале 450—600°С.

Монокристаллы молибдена, прокатанные по плос­

кости { 100 } в направлении < 1 1 0 > , в деформирован­ ном состоянии имеют структуру с равномерным распре­ делением дислокаций. Возврат при отжиге таких моно­ кристаллов происходит в две стадии [82]. На первой стадии, в интервале температур 500—1600°С, плотность

второй стадии возврата при температуре >1600°С про­ текает полигонизация с образованием малоугловых гра­ ниц. Рекристаллизация при отжиге таких кристаллов не наступает даже при нагреве до температуры плавления

[82; 83, с. 128—137].

Примеси, присутствующие в молибдене, в первую очередь примеси внедрения, по-видимому, сдвигают ин­ тервал дислокационного возврата в область более высо­

и тантале приведены ниже. Для тантала наблюдаются

существует пик при 17 К, а в интервале 20—100 К наблю­ даются многочисленные средние и малые пики возвра­ та. Природа начальных стадий пока окончательно не

130

установлена. До 80 К процессы отжига следуют кинети­ ке реакции первого порядка, а выше этой температу­ ры— реакции второго порядка. Начальные стадии воз­ врата связывают с аннигиляцией пар и миграцией меж­ узельных атомов. Примесь кислорода существенно влияет на возврат электросопротивления тантала при 10-мин изохронном отжиге после облучения дозами электронов 4,8-10-13 Дж (3,0 МэВ) при 4,5 К. Примесь кислорода сильно сказывается как на начальных ста­ диях возврата, так и на третьей (128—170 К) и четвер­ той (250 К) стадиях. Четвертая стадия в этом случае связана, возможно, с миграцией вакансий, а третья — с миграцией межузельных атомов к вакансиям и их ре­ комбинацией (но аналогии с вольфрамом) [84, с. 724— 732]. Особенно сильно влияют примеси внедрения на процессы возврата в интервалах температур отжига вы­ ше комнатной. Как следует из рис. 58, максимум возврата в холоднодеформированном тан­ тале при 150°С, приписывае­ мый третьей стадии, связан с примесями кислорода, а мак­ симум при 330°С — с азотом.

Максимумы на кривой возвра­ та связаны с миграцией внед­ ренных атомов и их взаимо­ действием с дислокациями.

Аналогичные результаты получены при исследовании

130°С, вторая — при 155—230°С. Значения энергии акти­ вации для этих подстадий близки и составляют (1,87± ±0,096) • ІО-19 Дж (1,17±0,06 эВ). Скорость возврата