Файл: Кристаллизация тугоплавких металлов из газовой фазы..pdf

Авторами работы [275] было показано, что фаза А-15 яв^ ляется метастабильной и при любой температуре выше 1300° С эта фаза превращается в ß или ß + a. При отжиге ß- и а-фаЗ образование фазы А-15 никогда не наблюдалось. Фаза А-15 хрупкая, поэтому наличие ее в сплавах может ограничить их

Рис . 6.3. Влияние температуры подложки на скорость осаждения W, Re и сплава W—Re [290].

Общее давление в системе 10 м м рт. сг., скорость потока водорода 1000 с м 3/ м и н , общий поток WF64-ReF6 70 с м ? І м и н , содержание ReFg в нем 14,36%.

применение без предварительной термической обработки. В ра­ боте [314] отмечается, что совместным водородным восстанов­ лением фторидов соответствующих металлов могут быть полу­ чены сплавы технеция с вольфрамом. Путем водородного вос­ становления MoF6 и WF6 получают эпитаксиальные слои спла­ вов Мо—W (см. гл. 4).

ПОЛУЧЕНИЕ ТАНТАЛ-АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Несмотря на то что у тантала и алюминия атомные радиу­ сы значительно различаются, методом осаждения из газовой среды можно получать и их сплавы.

248

Тантал-алюминиевые сплавы получают совместным осажде­ нием двух металлсодержащих соединений: метилциклопентадиентилтанталтетракарбонила и триизобутила алюминия [336]. Для выбора оптимальных температурных условий вначале был исследован процесс получения чистого тантала из метилциклопентадиенилтанталкарбонила и чистого алюминия из триизобу­ тила алюминия. Оптимальная температура получения тантала оказалась равной 500—600° С.

Получение чистого алюминия из триизобутила алюминия проводилось при температуре 500°С с использованием водоро­

ны в табл. 6.2. Приведенный в таблице химический состав пред-

1Первым осаждался Та;

2Первым осаждался AI;

3Та и А1 осаждались одновременно.

ставляет собой средние значения. Оптимальная температура получения сплава тантала с алюминием равна 457—600°С. В качестве подложки использовались диски из электролитиче­ ской меди диаметром 22,4 мм и толщиной 0,8 мм.

Исследования показали принципиальную возможность полу­ чения тантал-алюминиевых сплавов. В первых же опытах уда­ лось получить в осадках до 90% А13Та.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ТРОЙНЫХ ВОЛЬФРАМ-МОЛИБДЕН-РЕНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Методом кристаллизации из газовой фазы в настоящее время получают и тройные сплавы из тугоплавких металлов. Этому вопросу посвящено пока лишь несколько работ, но они уже по­ казывают перспективность метода и возможность его примене­ ния для получения покрытий или изделий из этих сплавов.

Одним из первых было исследовано получение W—Мо—Re сплавов путем совместного водородного восстановления фтори­ дов этих металлов [270].

Разработка методики приготовления вольфрам-молибден- рениевых сплавов химической кристаллизацией из газовой фазы для покрытий металлокерамических топливных элементов и создания конструкций труднообрабатываемого профиля была проведена в Лос-Аламосской лаборатории. В результате иссле­ дований были получены сплавы вольфрама с содержанием мо­ либдена от 15 до 20 вес. % и рения с содержанием от 1 до 25 вес. %■ Практический интерес представляют сплавы с ма­ лым содержанием рения в связи с высокой стоимостью этого металла. Исследования проводились на установке, аналогичной установкам для получения тугоплавких металлов или их двой­ ных сплавов (см .гл. 3).

Камера для осаждения состояла из вертикальной кварцевой трубы с резиновыми уплотнениями на обоих концах. Нагрев образца осуществлялся ВЧ-генератором мощностью 5 кет, ра­ ботающим в частоте 450 кгц. Образцы во время покрытия вра­ щались со скоростью 12 об/мин. Давление водорода и фтори­ дов перед поступлением в смеситель задавалось путем раз­ дельного термостатирования испарителей. После смешения ре­ агентов поток поступал в реакционную камеру. Мольное отно­ шение потока водорода к потоку общей смеси фторидов в экс­ периментах было равно 10, скорость потока газов составляла 440 смг/мин. Влияние температуры исследовалось в интервале

600—800° С.

В табл. 6.3 приведены параметры процесса осаждения и средний состав однородных сплавов для подачи парогазовой смеси с верхнего конца трубки и при подаче смеси снизу вверх. Разброс химического состава для этих случаев в среднем со­ ставляет 2 вес. %. Однородность состава образцов сильно за­ висит от водородно-фторидного отношения, с увеличением ко­ торого однородность сплавов возрастает. К такому же резуль­ тату приводит и увеличение температуры осаждения. Эффек­ тивность осаждения каждого металла определялась по резуль­ татам химического анализа и исходя из общего потока парога­ зовой смеси.

Построить зависимость эффективности осаждения при тем­ пературе 400—600° С и высоком давлении (100—200 мм рт. ст.)

250

Т а б л и ц а 6.3 Типичный состав сплавов, полученных осаждением в различных условиях

не удалось вследствие большого разброса точек. На рис. 6.4 приведена характеристика эффективности осаждения при тем­ пературе 700° С. Максимальная эффективность осаждения воль-

Ч

Рис. 6.4. Зависимость эффективности осажде­ ния от общего давления при температуре под­ ложки 700° С [270].

фрама установлена при давлении 100 мм рт. ст., молибдена — при 50 мм рт. ст. и рения — при 10 мм рт. ст.

На рис. 6.5 приведена зависимость эффективности осажде­ ния от температуры подложки при давлении 10 мм рт. ст. Мак­ симальные значения эффективности для всех металлов наблю-

16:251

даются при 700° С. Металлографические исследования показа­ ли, что осадки, полученные при температуре 600—650° С и дав­ лении 10—70 мм рт. ст., имеют плотную, хорошо ограненную

зерно и в них наблюдаются области межзеренной пористости. При температуре выше 700° С в осадках появляется пористость и часто наблюдается рост включений из-за выпадения кристал­ лов из газовой фазы.

При высокой температуре и низком давлении можно полу­ чать слои с мелкокристаллической структурой. Для этого сле­ дует вести прерывистое осаждение, т. е. после нанесения не­ большого слоя сплава прекращать подачу фторидов, а затем снова подавать парогазовую смесь.

С помощью микрорентгеноспектрального анализа установ­ лено, что при температуре 600° С преимущественно осаждается молибден, что обусловливает некоторые особенности структуры слоя. В этом случае процесс плохо воспроизводим. Гомогенные осадки тройных сплавов авторы смогли получить только на ци­

ность осаждения при этом не была оптимальной, однако осад­ ки были плотными, мелкозернистыми, одинаковыми по составу.

Авторам работы [270] удалось получить равномерные одно­ родные покрытия только на 1/3 длине образца, вследствие вы­ бранной ими системы подачи парогазовой смеси и геометрии камеры.

252