Электрические свойства сплавов типа твердых растворов - Курсовая работа
Содержание
Введение
Электросопротивление твердых растворов
Неоднородные твердые растворы
Влияние ближнего порядка на электрическое сопротивление
Литературный обзор
Литература
Введение
При термическом, механическом или радиационном воздействиях на металлы и сплавы их свойства претерпевают значительные изменения. Еще со времен работы Курнакова, Жемчужного, Заседателева известно об изменении физических свойств при возникновении сверхструктуры в твердых растворах. Многочисленными последующими исследованиями было установлено, что качественная картина электросопротивления сплавов, в которых существует данный порядок, при отжиге и деформации сходна с картиной для чистых металлов. Поэтому еще сравнительно недавно было широко распространено мнение, что поведение твердых растворов при обработке должно подчиняться тем же закономерностям, какие характерны для чистых металлов. Это мнение подкреплялось большим числом экспериментов, проведенных на таких сплавах, как Cu – Zn, Cu – Al, Cu – Ga, Cu – Ge, Ag – Zn. Поэтому, когда Томасом было обнаружено, что электрическое сопротивление при отжиге однофазных деформированных сплавов, у которых хотя бы один из компонентов является переходным металлом, не падает а растет, это было воспринято и им, да и другими исследователями как проявление возникновения при отжиге нового, особого R-состояния. Томас предположил, что в этом случае происходит какой-то неизвестный фазовый переход, при котором атомы образуют некие комплексы, вследствие чего заполняются ранее не заполненные d-оболочки и уменьшается концентрация носителей электричества.
Многочисленными исследованиями, как теоретическими, так и экспериментальными, показано, что в действительности рост электрического сопротивления при последеформационном отжиге твердых растворов вызывается появлением либо различных форм ближнего порядка, либо неоднородности, приводящим к изменению электронной структуры, а также сечения рассеяния электронов, какие либо признаки особого k-состояния ни в одной из работ по исследованию структуры обнаружены небыли.
Электросопротивление твердых растворов
При образовании твердого раствора электропроводность металла снижается. Это является общим правилом даже в том случае, когда в металле А с низкой электропроводимостью растворяется металл В с высокой электропроводимостью. При размещении в пространственной решетке растворителя А чужих атомов растворенного вещества В электрическое поле решетки растворителя искажается и рассеяние электронов увеличивается.
Повышение электросопротивления при образовании твердого раствора (легировании) может быть весьма значительным. Например, введение 0.2 ат. % As или Fe в золото приводит к повышению электросопротивления последнего при 00 С в 2 раза
Искажение решетки является не единственной причиной роста электросопротивления твердых растворов. Электрические свойства твердого раствора обусловлены также химическим взаимодействием компонентов.
Как показали Н.С. Курнаков и его ученики, в непрерывном ряду твердых растворов электросопротивление тем больше, чем дальше по своему составу сплав состоит из чистых компонентов. Максимум сопротивления в двойных сплавах, как правило, лежит при 50 % (ат.). При этом он может в несколько раз превышать сопротивление компонентов. Сопротивление приблизительно пропорционально соотношению С(1-С), где С – атомная доля одного из компонентов.
На рисунке 1 приведена зависимость сопротивления Ag-Au сплавов от концентрации при абсолютном 00С и 1000 С. Твердые растворы ферромагнетиков и сильно парамагнитных металлов ведут себя по-иному. Их max сопротивление может соответствовать концентрации, отличной от 50% (ат.).
Например, сопротивление растворов благородных металлов переходных (при больших концентрациях) аномально высоко (рис. 2). Вследствие того, что валентные электроны могут переходить на глубже лежащие недостроенные f- или d-уровни переходных металлов и число электронов, создающих электрический ток уменьшается.
Такой переход электронов следует рассматривать как усиление химического взаимодействия компонентов раствора, если среди них имеется хотя бы один переходный металл.
Сказанное относилось к твердым растворам замещения. Установлено, что в твердых растворах внедрения тантал-дейтерий и тантал-водород электросопротивления также меняется пропорционально С(1-С).
При нагревании твердых растворов их сопротивление как правило растет, однако не так значительно, как у чистых металлов. Температурный коэффициент всегда ниже, чем для чистых металлов, и меняется в зависимости от состава аналогично проводимости.
Понижение температурного коэффициента электросопротивления слабо концентрированных твердых растворов объясняется следующим образом.
Согласно правилу Маттиссена-Флеминга, электрическое сопротивление слабо концентрированного твердого раствора
(1) r = r0 + r¢
r0 - сопротивление основного компонента (растворителя);
r¢ - остаточное сопротивление, равное сx, где с – атомное содержание примеси, x - добавочное сопротивление на 1% (ат.) примеси.
Из этого правила следует, что электросопротивление сплава складывается из 2-х составляющих:
1) сопротивление растворителя, которое зависит от температуры и повышается вместе с ней и
2) из составляющей, обусловленной присутствием в основной решетке посторонних атомов, которые искажают эту решетку и главным образом нарушают периодичность электрического потенциала решетки, благодаря чему электросопротивление повышается. Этот фактор – второе слагаемое в формуле (1) – не зависит от температуры, его влияние при нагреве не повышается.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5