Образование химических соединений в паяных швах при взаимодействии припоя и паяемого металла. Интерметаллические соединения.

Интерметаллиды в узком смысле – это кристаллы, представляющие соединения металлов друг с другом, а в широком смысле – это двух- или многокомпонентные кристаллы, электронное строение которых имеет характерные признаки металла или полупроводника. В этом случае в состав интерметаллида уже могут входить и неметаллы, образуя, например, карбиды, нитриды или гидриды металлов (фазы внедрения) или ряд других соединений.

Кристаллическая структура интерметаллида отличается от структуры входящих в него отдельных компонентов.

Можно сказать, что интерметаллиды являются «порождением 20 века». В их открытие и исследование внесли существенный вклад и российские ученые. В 1912…1914 годах Н.С. Курнаков, применяя физико-химический анализ к изучению металлических систем, установил существование двух типов интерметаллидов, которым дал название «дальтониды» и «бертоллиды». Дальтониды характеризуются наличием на диаграмме «состав-свойства» наличием сингулярной точки, отвечающей постоянному и, как правило, простому соотношению между числами атомов, образующих интерметаллид. Отсутствие такой точки и переменный состав твердой интерметаллической фазы являются признаками бертоллидов.

Исследования последних десятилетий позволили установить целый ряд разнообразных уникальных свойств интерметаллидов, которые уже сегодня находят широкое практическое использование.

Среди интерметаллидов есть сверхпроводники (V₃Si, Nb₃Ge), полупроводники, ферромагнетики, кристаллы с высокими термоэмиссионными свойствами (LaB₆). Многие интерметаллиды обладают высокой твердостью (WC, TiC), жаропрочностью (TiB₂, Ti₃Al), некоторые обладают эффектом памяти формы (TiNi). На основе некоторых интерметаллидов (Ni₃Al, TiAl) создаются новые конструкционные материалы с высокими эксплуатационными характеристиками.

Диаграммы состояний с химическими соединениями

Часто в металлических сплавах встречаются химические соединения, которые образуются как полной, так и при ограниченной растворимости компонентов в жидком состоянии. Принято считать, что химические соединения образуют элементы сильно различающиеся по строению атомов и по физико-химическим свойствам. Между металлами, расположенными в одной подгруппе периодической системы, химические соединения обычно не образуются. Кристаллические решетки химических соединений обычно относятся к другим типам по сравнению с кристаллическими решетками исходных компонентов, имеют сложную кристаллическую структуру и большое число атомов на одну элементарную ячейку.

В реальных диаграммах часто присутствуют сразу несколько химических соединений. По своим формулам химические соединения часто не отвечают нормальным валентностям элементов.

Основные группы химических соединений:

1. Химические соединения с нормальной валентностью. Образуются между металлами с ярко выраженными металлическими свойствами и элементами, обладающими свойствами как металлов, так и металлидов (Mg₂Si, Mg₂Pb, Mg₃Sb₃).

2. Так называемые «электронные соединения». Они характеризуются определенным отношением числа валентных электронов к числу атомов, образующих их металлов: 3/2, 21/13, 7/4 (CuZn, AgZn).

3. Фазы Лавеса типа АВ2, со структурами типа MgZn₂ (гексагональная), MgCu₂ BeCu₂ (гранецентрированная). Эти соединения образуются при определенном отношении атомных радиусов металлов:

4. Соединения со структурой никельорекида NiA₃ (гексагональная решетка). Образуются между переходными металлами и элементами обладающими свойствами металлов и металлидов (FeSb, NiSb).

5. Фазы внедрения, образующиеся между переходными металлами и углеродом, азотом и водородом. При они имеют простые кристаллические решетки (ГЦК, ОЦК, ГК). Если отношение образуются фазы со сложной кристаллической решеткой (TiC, Fe₄N, ZrH₂).

6. Так называемые σ-фазы (сигма-фазы). Эти параллельные соединения встречаются в сплавах переходных металлов и имеют тетрагональную решетку (FeV, FeCr).

7. Упорядоченные твердые растворы на основе кристаллической решетки одного из компонентов (сверхструктуры). Эти фазы занимают промежуточное положение между обычными твердыми растворами и химическими соединениями (CuAu).

8. Остальные химические соединения, которые трудно отнести к какой либо одной из этих групп (Fe₃C, Fe₃Al и другие).

В реальных диаграммах состояния химические соединения образуются как при кристаллизации из жидкого состояния, так и при охлаждении в твердом состоянии. Химические соединения, которые кристаллизуются из жидкости α→A_mB_n называют устойчивыми соединениями или соединениями с открытым максимумом – конгруэнтные (от лат. – совпадающий, соответствующий) соединения с конгруэнтным плавлением. Химические соединения, которые образуются по реакции синтетического (α_А+α_В →A_mB_n) или перитектического типов (α_Р+В →A_mB_n) типов, называют неустойчивыми химическими соединениями или соединениями со скрытым максимумом (соединения с инконгруэнтным плавлением).