Физика/2. Физика твердого тела

К.ф.-м.н. Белянушкин А.В., к.ф.-м.н.Тихонова Н.П., инж. Никашкин А.И.

Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева, Россия

Термо-ЭДС в бинарной эвтектической системе Сd-Pb

Исследование термоэлектрических свойств сплавов и их зависимость от состава дает возможность судить об изменениях состояния электронной подсистемы в материале с изменением в нем концентрации компонент.

Нами исследована термо-эдс во всем интервале составов находящихся, как в твердом, так и в жидком состояниях в интервале температур от комнатной до 370⁰С. В работе термо-эдс измерялась интегральным методом [1]. Точность измерений при том количестве образцов на экспериментальную точку (три) и той чувствительности имевшейся аппаратуры, составляла ±5%.

Полученные концентрационные зависимости термо-эдс S(C) для различных температур приведены на рис.1-3.

Все кривые S(C) имеют тенденцию к снижению величины S (рис.1) с увеличением содержания свинца. Однако для различных температур на кривых выявляются некоторые характерные особенности. Для сплавов, обогащенных кадмием температурная зависимость более сильная, чем для сплавов богатых свинцом. При температуре 20⁰С на кривой S(C) (рис.1, кривая 1) при общем снижении величины термо-эдс с повышением содержания свинца, выделяются два интервала составов, где это снижение несколько замедляется, образуя две ступеньки: области составов 25÷45 и 60÷75 ат.% Pb. С ростом температуры (рис.1, кривые 2,3) первая ступенька почти сглаживается. Зато вторая в интервале концентраций с содержанием свинца от 60 до 75 ат.% обозначивается еще резче, т.е. термо-эдс в этой области становиться постоянной и не зависит от концентрации сплава.

Однако при температурах выше 195⁰С, температурах близких к эвтектической (248⁰С), восстанавливается и первая ступень (рис.1, кривая 4), правда несколько меньшая по интервалу составов. Примером здесь может служить кривая S(C), полученная при температуре 235⁰С (рис.2, кривая 1).

Весьма важно отметить, что выявленные интервалы концентраций приходятся на составы, у которых при высоких температурах обнаружен эффект сверхпластичности [2]. При дальнейшем повышении температуры, перейдя из твердого состояния в жидкое, при температуре 275⁰С, что выше эвтектической, но близкой к ней, термо-эдс не только резко снижается (рис.2, кривая 2), но и меняет знак. Кривая S(C) принимает вид, который характерен наличием на ней двух широких минимумов, приходящихся на уже вышеупомянутые интервалы составов.

С ростом температуры, когда мы уже поднимаемся хоть и незначительно, выше линии ликвидус диаграммы состояния для этой системы, термо-эдс существенно не меняется (рис.2, кривые 3,4), что говорит либо о термоустойчивости того состояния расплавов, которое отражает кривая S(C), либо о нечувствительности параметра S в этом интервале температур к структуре расплава, что представляется менее вероятным.

Анализ кривых S(C) для жидкого и твердого состояний при температурах близких к эвтектической показывает, что отмеченные особенности в характеристиках расплавов, выражающиеся в наличии минимумов на кривых S(C) (рис.2, кривые 2-4), после кристаллизации бесследно не исчезают, а, хоть и в видоизмененном виде, присутствуют в твердом состоянии, что и находит свое отражение в факте существования ступенек на кривой S(C) (рис.1, кривая 1).

Дальнейшее повышение температуры приводит к сглаживанию кривых S(C) и они приближаются (рис. 3) по своему виду к монотонному характеру изменения термо-эдс в зависимости от состава сплава, т.е. более сильный нагрев расплавов увеличивает степень изотропности области жидкого состояния на диаграмме системы кадмий-свинец.

Литература

1. Блат Ф. Дж., Шредер К.Л. Термо-э.д.с. металлов. М., Металлургия, 1980, 365 с. с ил.

2. Мальцева Г.К., Белянушкин А.В. Эффект сверхпластичности в системе Сd-Pb. Изв. АН СССР. Металлы.1988. № 5. с.134-137.