Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Դուք օգտագործում եք զննարկչի տարբերակ՝ CSS-ի սահմանափակ աջակցությամբ:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Բացի այդ, շարունակական աջակցություն ապահովելու համար մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Ցուցադրում է միանգամից երեք սլայդներից բաղկացած կարուսել:Օգտագործեք «Նախորդ» և «Հաջորդ» կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդներով շարժվելու համար, կամ օգտագործեք վերջում գտնվող սլայդերի կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդների միջով անցնելու համար:
Վերջին մի քանի տարիների ընթացքում տեղի է ունեցել հեղուկ մետաղական համաձուլվածքների արագ զարգացում տարբեր նյութերի համար չափազանց մեծ միջերեսներով նանո-/մեզո չափի ծակոտկեն և կոմպոզիտային կառուցվածքների արտադրության համար:Այնուամենայնիվ, այս մոտեցումը ներկայումս ունի երկու կարևոր սահմանափակում.Նախ, այն առաջացնում է երկշարունակական կառուցվածքներ՝ բարձր կարգի տոպոլոգիայով համաձուլվածքների սահմանափակ շրջանակի համար:Երկրորդ, կառույցն ունի կապի ավելի մեծ չափս՝ բարձր ջերմաստիճանի բաժանման ժամանակ զգալի մեծացման պատճառով:Այստեղ մենք հաշվողական և փորձնականորեն ցույց ենք տալիս, որ այս սահմանափակումները կարելի է հաղթահարել՝ մետաղական հալոցներին ավելացնելով տարր, որը խթանում է բարձր կարգի տոպոլոգիան՝ սահմանափակելով չխառնվող տարրերի արտահոսքը անջատման ժամանակ:Այնուհետև մենք բացատրում ենք այս բացահայտումը` ցույց տալով, որ հեղուկ հալոցներում չխառնվող տարրերի մեծածավալ դիֆուզիոն փոխանցումը մեծ ազդեցություն է ունենում պինդ ֆրակցիայի և կառուցվածքների տոպոլոգիայի վրա շերտավորման ժամանակ:Արդյունքները բացահայտում են հիմնարար տարբերություններ հեղուկ մետաղների և էլեկտրաքիմիական կեղտերի հեռացման միջև, ինչպես նաև սահմանում են տվյալ չափսերով և տոպոլոգիայով հեղուկ մետաղներից կառուցվածքներ ստանալու նոր մեթոդ:
Պատվիրակությունը վերածվել է հզոր և բազմակողմանի տեխնոլոգիայի՝ նանո-/մեզո-չափի բաց ծակոտիների և կոմպոզիտային կառուցվածքների արտադրության համար, որոնք ունեն գերբարձր միջերեսային մակերես տարբեր ֆունկցիոնալ և կառուցվածքային նյութերի համար, ինչպիսիք են կատալիզատորները1,2, վառելիքի բջիջները3,4, էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորները5, 6, ճառագայթման վնասին դիմացկուն նյութեր 7, մեխանիկական կայունությամբ բարձր հզորությամբ մարտկոցներ 8, 9 կամ գերազանց մեխանիկական հատկություններով կոմպոզիտային նյութեր 10, 11: Տարբեր ձևերով պատվիրակումը ներառում է սկզբնական չկառուցված «նախածորի» մեկ տարրի ընտրովի տարրալուծումը։ համաձուլվածք» արտաքին միջավայրում, ինչը հանգեցնում է չլուծված համաձուլվածքի տարրերի վերակազմավորմանը ոչ տրիվիալ տոպոլոգիայով, որը տարբերվում է սկզբնական համաձուլվածքի տոպոլոգիայից:, Բաղադրիչների կազմը.Չնայած սովորական էլեկտրաքիմիական պատվիրակումը (ECD), որն օգտագործում է էլեկտրոլիտներ որպես միջավայր, մինչ օրս ամենաշատ ուսումնասիրվածն է, այս մեթոդը սահմանափակում է պատվիրակող համակարգերը (օրինակ՝ Ag-Au կամ Ni-Pt) համեմատաբար ազնիվ տարրեր պարունակող (Au, Pt) և ունեն նվազեցման ներուժի բավական մեծ տարբերություն՝ ծակոտկենություն ապահովելու համար:Այս սահմանափակումը հաղթահարելու համար կարևոր քայլ է եղել հեղուկ մետաղների համաձուլման մեթոդի վերջերս հայտնաբերումը13,14 (LMD), որն օգտագործում է հեղուկ մետաղների համաձուլվածքներ (օրինակ՝ Cu, Ni, Bi, Mg և այլն) շրջակա միջավայրի այլ տարրերի հետ։ .(օր. TaTi, NbTi, FeCrNi, SiMg և այլն)6,8,10,11,14,15,16,17,18,19:LMD-ն և դրա կոշտ մետաղի համաձուլվածքների հեռացման (SMD) տարբերակը գործում են ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, երբ հիմնական մետաղը կարծր է20,21, ինչի արդյունքում մեկ փուլի քիմիական փորագրումից հետո առաջանում է երկու կամ ավելի փոխներթափանցող փուլերի բաղադրություն:Այս փուլերը կարող են վերածվել բաց ծակոտիների:կառույցները։Պատվիրակման մեթոդներն էլ ավելի են կատարելագործվել գոլորշիների փուլային պատվիրակման (VPD) վերջերս ներդրմամբ, որն օգտագործում է պինդ տարրերի գոլորշիների ճնշման տարբերությունները՝ մեկ տարրի ընտրովի գոլորշիացման միջոցով ձևավորելու բաց նանոծակոտկեն կառուցվածքներ22,23:
Որակական մակարդակով, կեղտերի հեռացման այս բոլոր մեթոդները կիսում են կեղտերի հեռացման ինքնակազմակերպված գործընթացի երկու կարևոր ընդհանուր առանձնահատկությունները:Նախ, սա վերոհիշյալ համաձուլվածքային տարրերի (օրինակ՝ B-ն ամենապարզ համաձուլվածքում AXB1-X) ընտրովի տարրալուծումն է արտաքին միջավայրում:Երկրորդը, որն առաջին անգամ նշվել է ECD24-ի փորձարարական և տեսական առաջամարտիկ ուսումնասիրություններում, չլուծված A տարրի տարածումն է խառնուրդի և շրջակա միջավայրի միջերեսի երկայնքով՝ կեղտերի հեռացման ժամանակ:Դիֆուզիան ի վիճակի է ձևավորել ատոմներով հարուստ շրջաններ մի գործընթացի միջոցով, որը նման է ողնաշարային քայքայմանը զանգվածային համաձուլվածքներում, թեև սահմանափակված է միջերեսով:Չնայած այս նմանությանը, համաձուլվածքների հեռացման տարբեր մեթոդներ անհասկանալի պատճառներով կարող են տարբեր մորֆոլոգիաներ առաջացնել18:Մինչ ECD-ն կարող է առաջացնել տոպոլոգիապես կապված բարձր կարգի կառուցվածքներ չլուծված տարրերի ատոմային ֆրակցիաների (X) համար (օրինակ՝ Au-ն AgAu-ում) մինչև 5%25, LMD-ի հաշվողական և փորձարարական ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ նման թվացող այս մեթոդը միայն տոպոլոգիապես կապված կառուցվածքներ է ստեղծում: .Օրինակ, շատ ավելի մեծ X-ի համար հարակից երկշարունակական կառուցվածքը կազմում է մոտ 20% Cu-ի հալվածքներով տարանջատված TaTi համաձուլվածքների դեպքում (տես նկ. 2-ը՝ հղում 18-ում՝ տարբեր ECD և LMD X ձևերի կողք կողքի համեմատության համար: ).Այս անհամապատասխանությունը տեսականորեն բացատրվում է դիֆուզիոն զուգակցված աճի մեխանիզմով, որը տարբերվում է միջերեսային ողնուղեղային տարրալուծումից և շատ նման է էվեկտիկական զուգակցված աճին26:Կեղտաջրերի հեռացման միջավայրում դիֆուզիոն զուգակցված աճը թույլ է տալիս A-ով հարուստ թելերը (կամ փաթիլները 2D-ով) և B-ով հարուստ հեղուկ ալիքները դիֆուզիոն միջոցով աճեցնել կեղտը հեռացնելու ընթացքում15:Զույգի աճը հանգեցնում է X-ի միջին մասում հավասարեցված տոպոլոգիապես չկապված կառուցվածքի և ճնշվում է X-ի ստորին մասում, որտեղ կարող են ձևավորվել միայն A ֆազով հարուստ չկապված կղզիներ:Ավելի մեծ X-ում կապակցված աճը դառնում է անկայուն՝ նպաստելով կատարյալ կապակցված 3D կառուցվածքների ձևավորմանը, որոնք պահպանում են կառուցվածքային ամբողջականությունը նույնիսկ միաֆազ փորագրումից հետո:Հետաքրքիր է, որ LMD17 կամ SMD20 (Fe80Cr20)XNi1-X համաձուլվածքների կողմից արտադրված կողմնորոշիչ կառուցվածքը նկատվել է փորձնականորեն X-ից մինչև 0,5-ի համար, ինչը ենթադրում է, որ դիֆուզիոն զուգակցված աճը LMD-ի և SMD-ի համար ամենուր տարածված մեխանիզմ է, քան սովորաբար առաջացող ծակոտկեն ECD-ն չի գործում: ունեն նախընտրելի հավասարեցման կառուցվածք:
ECD-ի և NMD-ի մորֆոլոգիայի միջև այս տարբերության պատճառը պարզաբանելու համար մենք կատարեցինք փուլային դաշտային սիմուլյացիաներ և TaXTi1-X համաձուլվածքների NMD-ի փորձարարական ուսումնասիրություններ, որոնցում տարրալուծման կինետիկան փոփոխվել է՝ ավելացնելով լուծված տարրեր հեղուկ պղնձին:Մենք եզրակացրինք, որ թեև և՛ ECD, և՛ LMD կարգավորվում են ընտրովի տարրալուծմամբ և միջերեսային դիֆուզիոնով, այս երկու գործընթացները նույնպես ունեն կարևոր տարբերություններ, որոնք կարող են հանգեցնել մորֆոլոգիական տարբերությունների18:Նախ, ECD-ում կեղևի կինետիկան վերահսկվում է ինտերֆեյսի միջոցով՝ V12 կեղևի դիմացի մշտական ​​արագությամբ՝ որպես կիրառվող լարման ֆունկցիա:Սա ճիշտ է նույնիսկ այն դեպքում, երբ հրակայուն մասնիկների փոքր մասը (օրինակ՝ Pt-ը Ag-Au-ում) ավելացվում է հիմնական համաձուլվածքին, ինչը դանդաղեցնում է միջերեսային հեղուկությունը, մաքրում և կայունացնում է չլեգիրված նյութը, բայց հակառակ դեպքում պահպանում է նույն ձևաբանությունը 27:Տոպոլոգիապես զուգակցված կառույցները ձեռք են բերվում միայն ցածր X-ում ցածր V-ում, և խառնվող տարրերի պահպանումը 25 մեծ է, որպեսզի պահպանվի պինդ ծավալային մասնաբաժինը, բավականաչափ մեծ, որպեսզի կանխի կառուցվածքի մասնատումը:Սա ենթադրում է, որ միջերեսային դիֆուզիայի նկատմամբ տարրալուծման արագությունը կարող է կարևոր դեր խաղալ մորֆոլոգիական ընտրության մեջ:Ի հակադրություն, համաձուլվածքների հեռացման կինետիկան LMD-ում վերահսկվում է դիֆուզիայից15,16 և արագությունը համեմատաբար ավելի արագ է նվազում \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\), որտեղ Dl-ը խառնելիության տարրն է: հեղուկի դիֆուզիայի գործակցի համար..
Երկրորդ, ECD-ի ժամանակ էլեկտրոլիտում չխառնվող տարրերի լուծելիությունը չափազանց ցածր է, ուստի դրանք կարող են տարածվել միայն խառնուրդ-էլեկտրոլիտ միջերեսի երկայնքով:Ի հակադրություն, LMD-ում AXB1-X պրեկուրսորային համաձուլվածքների «չխառնվող» տարրերը (A) սովորաբար ունեն քիչ, թեև սահմանափակ, հալման լուծելիություն:Այս աննշան լուծելիությունը կարելի է եզրակացնել CuTaTi եռակի համակարգի եռական փուլային դիագրամի վերլուծությունից, որը ներկայացված է Հավելյալ Նկար 1-ում: Լուծելիությունը կարելի է քանակականացնել՝ գծելով հեղուկի գիծ՝ ընդդեմ Ta-ի և Ti-ի հավասարակշռության կոնցենտրացիաների միջերեսի հեղուկ կողմում (\( {c}_{ {{{{{\rm{Ta)))))))}}}} ^{l}\ ) և \({c}_{{{{({\rm{Ti}}) }}}} }^ {l}\), համապատասխանաբար, պատվիրակման ջերմաստիճանում (Լրացուցիչ նկ. 1b) պինդ-հեղուկ միջերեսը Լեգիրման ժամանակ պահպանվում է տեղային թերմոդինամիկական հավասարակշռությունը, }}}}}}^{l}\) մոտավորապես հաստատուն և դրա արժեքը կապված է X-ի հետ: Լրացուցիչ նկար 1b-ը ցույց է տալիս, որ \({c}_{{{{{{\rm{Ta}}}}} ))}^{l}\) ընկնում է 10-ի միջակայքում: -3 − 10 ^{l}\) հավասար են 15,16-ի։Համաձուլվածքում չխառնվող տարրերի այս «արտահոսքը» կարող է ազդել ինչպես շերտազատման ճակատում միջերեսային կառուցվածքի ձևավորման վրա, որն իր հերթին կարող է նպաստել կառուցվածքի տարրալուծմանը և կոշտացմանը ծավալային դիֆուզիայի պատճառով:
Որպեսզի առանձին գնահատենք (i) համաձուլվածքի V-ի հեռացման նվազեցված արագությունը և (ii) չխառնվող տարրերի հալոցքի մեջ ներթափանցման նվազեցված արագությունը, մենք անցանք երկու քայլով:Նախ, \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\) շնորհիվ, ուսումնասիրելով կապոցի ճակատի կառուցվածքի մորֆոլոգիական էվոլյուցիան, հնարավոր եղավ բավարար չափով ուսումնասիրել V-ի նվազման ազդեցությունը։մեծ ժամանակ.Հետևաբար, մենք ուսումնասիրեցինք այս էֆեկտը` կատարելով փուլային դաշտային սիմուլյացիաներ ավելի երկար ժամանակահատվածներում, քան նախորդ ուսումնասիրությունները, որոնք բացահայտեցին տոպոլոգիապես չզուգակցված հավասարեցման կառուցվածքների առկայությունը, որոնք ձևավորվել են X15 միջանկյալ նյութի դիֆուզիոն զուգակցված աճից:Երկրորդ, որպեսզի ուսումնասիրենք չխառնվող տարրերի ազդեցությունը արտահոսքի արագության նվազեցման վրա, մենք պղնձի հալոցքին ավելացրինք Ti և Ag՝ համապատասխանաբար արտահոսքի արագությունը մեծացնելու և նվազեցնելու համար, և ուսումնասիրեցինք արդյունքում ստացված մորֆոլոգիան, տարանջատման կինետիկան և կոնցենտրացիայի բաշխումը: հալվել.պատվիրակված Cu-ի հալվելը խառնուրդի կառուցվածքի ներսում հաշվարկների և փորձերի միջոցով:Մենք ավելացրել ենք Ti հավելումներ, որոնք տատանվում են 10% -ից մինչև 30% լրատվամիջոցների վրա, որպեսզի հեռացնենք Cu-ի հալոցքը:Ti-ի ավելացումը մեծացնում է Ti կոնցենտրացիան պատվիրակված շերտի եզրին, ինչը նվազեցնում է Ti կոնցենտրացիայի գրադիենտը այս շերտում և նվազեցնում տարրալուծման արագությունը:Այն նաև մեծացնում է Ta-ի արտահոսքի արագությունը՝ ավելացնելով \({c}_{{{({\rm{Ti}}}}}}}^{l}\), այնպես որ \({c}_{{{{ { {\rm{Ta}}}}}}}^{l}\) (Լրացուցիչ նկ. 1b) Արծաթի քանակը, որը մենք ավելացնում ենք, տատանվում է 10% -ից մինչև 30%. լեգիրման տարրերի լուծելիությունը հալոցքում, մենք մոդելավորել ենք CuAgTaTi չորրորդական համակարգը որպես արդյունավետ (CuAg)TaTi եռակի համակարգ, որտեղ Ti և Ta-ի լուծելիությունը կախված է CuAg հալվածքում Ag-ի կոնցենտրացիայից (տես Ծանոթագրություն) 2 և Լրացուցիչ Նկ. 2–4)։Ag-ի ավելացումը չի մեծացնում Ti-ի կոնցենտրացիան պատվիրակված կառուցվածքի եզրին:Այնուամենայնիվ, քանի որ Ti-ի լուծելիությունը Ag-ում ավելի ցածր է, քան Cu-ը, դա նվազեցնում է \({c}_{{{{\rm{Ta}}}}}}}^{l}\) (Լրացուցիչ Նկ. 1) 4b) և արտահոսքի արագությունը Ta.
Ֆազային դաշտի սիմուլյացիաների արդյունքները ցույց են տալիս, որ զուգակցված աճը բավական երկար ժամանակ դառնում է անկայուն, որպեսզի նպաստի քայքայման ճակատում տոպոլոգիական զուգակցված կառույցների ձևավորմանը:Մենք փորձարարորեն հաստատում ենք այս եզրակացությունը՝ ցույց տալով, որ Ta15T85 համաձուլվածքի հիմքում ընկած շերտը, որը ձևավորվում է շերտազերծման ճակատի մոտ շերտազատման ավելի ուշ փուլում, մնում է տոպոլոգիապես կապված պղնձով հարուստ փուլի փորագրումից հետո:Մեր արդյունքները նաև ցույց են տալիս, որ արտահոսքի արագությունը մեծ ազդեցություն ունի մորֆոլոգիական էվոլյուցիայի վրա՝ հեղուկ հալոցներում չխառնվող տարրերի զանգվածային դիֆուզիոն տեղափոխման պատճառով:Այստեղ ցույց է տրվում, որ այս էֆեկտը, որը բացակայում է ECD-ում, խիստ ազդում է պատվիրակված շերտում տարբեր տարրերի կոնցենտրացիայի պրոֆիլների, պինդ փուլի մասի և LMD կառուցվածքի տոպոլոգիայի վրա:
Այս բաժնում մենք նախ ներկայացնում ենք մեր ուսումնասիրության արդյունքները փուլային դաշտային մոդելավորման միջոցով՝ Cu-ի հալվածքներին Ti կամ Ag ավելացնելու էֆեկտը, ինչը հանգեցնում է տարբեր ձևաբանությունների:Նկ.Նկար 1-ում ներկայացված են TaXTi1-X համաձուլվածքների ֆազային դաշտի եռաչափ մոդելավորման արդյունքները, որոնք ստացվել են Cu70Ti30, Cu70Ag30 և մաքուր պղնձի հալվածքներից՝ չխառնվող տարրերի ցածր ատոմային պարունակությամբ 5-ից 15%:Առաջին երկու տողերը ցույց են տալիս, որ ինչպես Ti-ի, այնպես էլ Ag-ի ավելացումը նպաստում է տոպոլոգիական կապակցված կառուցվածքների առաջացմանը՝ համեմատած մաքուր Cu-ի չկապված կառուցվածքի հետ (երրորդ շարք):Այնուամենայնիվ, Ti-ի ավելացումը, ինչպես և սպասվում էր, մեծացրեց Ta-ի արտահոսքը՝ դրանով իսկ կանխելով ցածր X համաձուլվածքների շերտազատումը (Ta5Ti95 և Ta10Ti90) և առաջացնելով շերտազատված ծակոտկեն շերտի զանգվածային տարրալուծում Ta15Ti85 շերտազատման ժամանակ:Ընդհակառակը, Ag-ի ավելացումը (երկրորդ շարքը) նպաստում է բազային համաձուլվածքի բոլոր բաղադրիչների տոպոլոգիապես կապված կառուցվածքի ձևավորմանը՝ պատվիրակված շերտի աննշան լուծարմամբ։Երկշարունակ կառուցվածքի ձևավորումը լրացուցիչ պատկերված է Նկ.1b, որը ցույց է տալիս պատվիրակված կառուցվածքի պատկերները՝ ձախից աջ շերտազերծման աճող խորությամբ և պինդ-հեղուկ միջերեսի պատկերը առավելագույն խորության վրա (հեռու աջ պատկեր):
Եռաչափ փուլային դաշտի սիմուլյացիա (128 × 128 × 128 նմ3), որը ցույց է տալիս հեղուկ հալոցքին լուծված նյութ ավելացնելու կտրուկ ազդեցությունը պատվիրակված համաձուլվածքի վերջնական մորֆոլոգիայի վրա:Վերին նշանը ցույց է տալիս հիմնական խառնուրդի բաղադրությունը (TaXTi1-X), իսկ ուղղահայաց նշանը ցույց է տալիս Cu-ի վրա հիմնված փափկեցնող միջավայրի հալված բաղադրությունը:Կառուցվածքում Ta-ի բարձր կոնցենտրացիան առանց կեղտերի տարածքները ցուցադրվում են շագանակագույնով, իսկ պինդ-հեղուկ միջերեսը՝ կապույտով:b Cu70Ag30 հալոցքում (190 × 190 × 190 նմ3) չմշակված Ta15Ti85 պրեկուրսորի համաձուլվածքի փուլային դաշտի եռաչափ մոդելավորում։Առաջին 3 կադրերը ցույց են տալիս պատվիրակված կառուցվածքի ամուր շրջանը պատվիրակության տարբեր խորություններում, իսկ վերջին կադրը ցույց է տալիս միայն պինդ-հեղուկ միջերեսը առավելագույն խորության վրա:(բ)-ին համապատասխան ֆիլմը ցուցադրվում է Լրացուցիչ ֆիլմ 1-ում:
Լուծված նյութերի ավելացման էֆեկտը հետագայում ուսումնասիրվել է 2D փուլային դաշտի սիմուլյացիաների միջոցով, որոնք լրացուցիչ տեղեկություններ են տրամադրում շերտազատման ճակատում միջերեսային ռեժիմի ձևավորման վերաբերյալ և թույլ են տալիս մուտք գործել ավելի մեծ երկարություններ և ժամանակային մասշտաբներ, քան 3D սիմուլյացիան՝ շերտազատման կինետիկան քանակականացնելու համար:Նկ.Նկար 2-ը ցույց է տալիս Cu70Ti30 և Cu70Ag30 հալվածքների միջոցով Ta15Ti85 պրեկուրսորի համաձուլվածքի հեռացման մոդելավորման պատկերները:Երկու դեպքում էլ դիֆուզիոն զուգակցված աճը շատ անկայուն է:Հեղուկի ալիքների ծայրերը համաձուլվածքի մեջ ուղղահայաց ներթափանցելու փոխարեն շատ բարդ հետագծերով քաոսային կերպով շարժվում են աջ ու ձախ՝ կայուն աճի գործընթացի ընթացքում, որը նպաստում է հավասարեցված կառուցվածքներին, որոնք նպաստում են 3D տարածության մեջ տոպոլոգիապես հարակից կառույցների ձևավորմանը (նկ. 1):Այնուամենայնիվ, Ti և Ag հավելումների միջև կա կարևոր տարբերություն:Cu70Ti30 հալման համար (նկ. 2ա) երկու հեղուկ ալիքների բախումը հանգեցնում է պինդ-հեղուկ միջերեսի միաձուլմանը, ինչը հանգեցնում է կառուցվածքից երկու ալիքների կողմից գրավված պինդ կապիչների արտահոսքի և, ի վերջո, տարրալուծման: .Ընդհակառակը, Cu70Ag30 հալման համար (նկ. 2b) Ta-ի հարստացումը պինդ և հեղուկ փուլերի միջերեսում կանխում է միաձուլումը հալվածքում Ta-ի արտահոսքի նվազման պատճառով:Արդյունքում, շերտազատման ճակատում կապի սեղմումը ճնշվում է, դրանով իսկ նպաստելով կապող կառույցների ձևավորմանը:Հետաքրքիր է, որ հեղուկ ալիքի քաոսային տատանողական շարժումը ստեղծում է երկչափ կառուցվածք՝ որոշակի աստիճանի հավասարեցվածությամբ, երբ կտրվածքը ճնշվում է (նկ. 2բ):Այնուամենայնիվ, այս հավասարեցումը պարտատոմսի կայուն աճի արդյունք չէ:3D-ում անկայուն ներթափանցումը ստեղծում է ոչ կոաքսիալ միացված երկշարունակական կառուցվածք (նկ. 1բ):
Cu70Ti30 (a) և Cu70Ag30 (b) հալվածքների 2D փուլային դաշտի սիմուլյացիաների ակնթարթներ, որոնք վերահալվել են Ta15Ti85 խառնուրդի մեջ, որը ցույց է տալիս անկայուն դիֆուզիոն զուգակցված աճը:Նկարներ, որոնք ցույց են տալիս աղտոտման հեռացման տարբեր խորություններ՝ չափված հարթ պինդ/հեղուկ միջերեսի սկզբնական դիրքից:Ներդիրները ցույց են տալիս հեղուկ ալիքների բախումների տարբեր ռեժիմներ, ինչը հանգեցնում է պինդ կապիչների անջատմանը և համապատասխանաբար Cu70Ti30 և Cu70Ag30 հալվածքների պահպանմանը:Cu70Ti30-ի տիրույթի լայնությունը 1024 նմ է, Cu70Ag30-ը՝ 384 նմ։Գունավոր գոտին ցույց է տալիս Ta-ի կոնցենտրացիան, և տարբեր գույները տարբերում են հեղուկի շրջանը (մուգ կապույտ), բազային խառնուրդը (բաց կապույտ) և չալեգիրված կառուցվածքը (գրեթե կարմիր):Այս սիմուլյացիաների ֆիլմերը ներկայացված են Լրացուցիչ Ֆիլմեր 2-ում և 3-ում, որոնք ընդգծում են բարդ ուղիները, որոնք թափանցում են հեղուկ ալիքներ անկայուն դիֆուզիոն զուգակցված աճի ժամանակ:
2D փուլային դաշտի մոդելավորման այլ արդյունքներ ներկայացված են Նկ.3-ում:Շերտազերծման խորության գրաֆիկը ժամանակի համեմատ (թեքությունը հավասար է V-ին) նկ.3a-ը ցույց է տալիս, որ Ti կամ Ag-ի ավելացումը Cu-ի հալոցքին, ինչպես և սպասվում էր, դանդաղեցնում է տարանջատման կինետիկան:Նկ.3b-ը ցույց է տալիս, որ այս դանդաղումը պայմանավորված է պատվիրակված շերտի ներսում գտնվող հեղուկում Ti կոնցենտրացիայի գրադիենտի նվազմամբ:Այն նաև ցույց է տալիս, որ Ti(Ag)-ի ավելացումը մեծացնում է (նվազեցնում) Ti-ի կոնցենտրացիան միջերեսի հեղուկ կողմում (\({c}_{{{{{{\rm{Ti)))))) ))) ^{l \) ), որը հանգեցնում է Ta-ի արտահոսքի, որը չափվում է հալում լուծված Ta-ի մասնաբաժնի միջոցով՝ որպես ժամանակի ֆունկցիա (նկ. 3c), որը մեծանում է (նվազում) Ti(Ag) ավելացման հետ։ ).Նկար 3d-ը ցույց է տալիս, որ երկու լուծված նյութերի համար էլ պինդ մարմինների ծավալային բաժինը մնում է երկշարունակական տոպոլոգիապես կապված կառուցվածքների ձևավորման շեմից բարձր28,29,30:Մինչդեռ Ti ավելացնելով հալոցքին մեծանում է Ta-ի արտահոսքը, այն նաև մեծացնում է Ti-ի պահպանումը պինդ կապող նյութում՝ ֆազային հավասարակշռության պատճառով, դրանով իսկ մեծացնելով ծավալային բաժինը՝ կառուցվածքի համակցվածությունը պահպանելու համար առանց կեղտերի:Մեր հաշվարկները հիմնականում համընկնում են շերտազատման ճակատի ծավալային մասի փորձարարական չափումների հետ:
Ta15Ti85 համաձուլվածքի փուլային դաշտի մոդելավորումը քանակականացնում է Ti և Ag հավելումների տարբեր ազդեցությունները Cu հալվածքին համաձուլվածքի հեռացման կինետիկայի վրա, որը չափվում է համաձուլվածքի հեռացման խորությունից՝ կախված ժամանակից (a), հեղուկում Ti կոնցենտրացիայի պրոֆիլը համաձուլվածքի հեռացման խորությունը 400 նմ (բացասական խորությունը լայնանում է հալման մեջ՝ համաձուլվածքի կառուցվածքից դուրս (համաձուլվածքի առջևը ձախ կողմում) բ Տի արտահոսք՝ համեմատած ժամանակի (գ) և պինդ մասն անլեգիրված կառուցվածքում՝ հալված կազմի նկատմամբ (դ) Լրացուցիչ տարրերի կոնցենտրացիան հալման մեջ գծագրված է աբսցիսայի երկայնքով (d) (Ti – կանաչ գիծ, ​​Ag – մանուշակագույն գիծ և փորձ):
Քանի որ շերտազատման ճակատի արագությունը նվազում է ժամանակի հետ, ապա շերտազերծման ժամանակ մորֆոլոգիայի էվոլյուցիան ցույց է տալիս շերտազատման արագության նվազեցման ազդեցությունը:Նախորդ փուլային դաշտային ուսումնասիրության ժամանակ մենք նկատեցինք էվտեկտիկական զուգակցված աճ, որը հանգեցրեց տոպոլոգիապես չկապված միաձուլված կառուցվածքների՝ մաքուր պղնձի հալվածքներով Ta15Ti85 պրեկուրսորի համաձուլվածքի հեռացման ժամանակ15:Այնուամենայնիվ, նույն փուլային դաշտի սիմուլյացիայի երկար փորձարկումները ցույց են տալիս (տես Լրացուցիչ ֆիլմ 4), որ երբ քայքայման ճակատային արագությունը բավական փոքր է դառնում, զուգակցված աճը դառնում է անկայուն:Անկայունությունը դրսևորվում է փաթիլների կողային ճոճումով, ինչը խոչընդոտում է դրանց հավասարեցմանը և դրանով իսկ նպաստում տոպոլոգիապես կապված կառուցվածքների առաջացմանը։Անցումը կայուն կապակցված աճից դեպի անկայուն ճոճվող աճ տեղի է ունենում xi = 250 նմ-ի մոտ 4,7 մմ/վ արագությամբ:Ընդհակառակը, Cu70Ti30 հալման համապատասխան շերտազատման խորությունը xi նույն արագությամբ մոտ 40 նմ է:Հետևաբար, մենք չկարողացանք նման փոխակերպում նկատել Cu70Ti30 հալվածքով համաձուլվածքը հեռացնելիս (տես Լրացուցիչ ֆիլմ 3), քանի որ հալվածքին 30% Ti ավելացնելը զգալիորեն նվազեցնում է համաձուլվածքի հեռացման կինետիկան:Վերջապես, թեև դիֆուզիոն զուգակցված աճը անկայուն է շերտազատման ավելի դանդաղ կինետիկայի պատճառով, λ0 կոշտ կապերի հեռավորությունը շերտազատման ճակատում մոտավորապես ենթարկվում է անշարժության \({\lambda }_{0}^{2}V=C\) օրենքին: աճ15,31 որտեղ C-ն հաստատուն է:
Ֆազային դաշտի սիմուլյացիայի կանխատեսումները ստուգելու համար համաձուլվածքների հեռացման փորձեր են իրականացվել ավելի մեծ նմուշներով և համաձուլվածքների հեռացման ավելի երկար ժամանակներով:Նկար 4ա-ն սխեմատիկ դիագրամ է, որը ցույց է տալիս պատվիրակված կառուցվածքի հիմնական պարամետրերը:Շերտազերծման ընդհանուր խորությունը հավասար է xi-ի՝ պինդ և հեղուկ փուլերի սկզբնական սահմանից մինչև շերտազատման ճակատի հեռավորությունը:hL-ը նախնական պինդ-հեղուկ միջերեսից մինչև պատվիրակված կառուցվածքի եզրին հեռավորությունն է՝ նախքան փորագրումը:Մեծ hL-ը ցույց է տալիս ուժեղ Ta-ի արտահոսք:Պատվիրակված նմուշի SEM պատկերից մենք կարող ենք չափել պատվիրակված կառուցվածքի hD չափը նախքան փորագրումը:Այնուամենայնիվ, քանի որ հալոցը նույնպես ամրանում է սենյակային ջերմաստիճանում, հնարավոր է պահպանել պատվիրակված կառուցվածքը առանց կապերի:Հետևաբար, մենք փորագրեցինք հալոցքը (պղնձով հարուստ փուլ)՝ անցումային կառուցվածքը ստանալու համար և օգտագործեցինք hC՝ քանակականացնելով անցումային կառուցվածքի հաստությունը:
Մորֆոլոգիայի էվոլյուցիայի սխեմատիկ դիագրամ կեղտերի հեռացման և երկրաչափական պարամետրերի որոշման ժամանակ. արտահոսքի շերտի հաստությունը Ta hL, շերտազատված կառուցվածքի հաստությունը hD, միացնող կառուցվածքի հաստությունը hC:(բ), (գ) Ֆազային դաշտի սիմուլյացիայի արդյունքների փորձարարական վավերացում, որը համեմատում է SEM խաչմերուկները և Ta15Ti85 համաձուլվածքի 3D փորագրված մորֆոլոգիան, որը պատրաստված է մաքուր Cu(b) և Cu70Ag30 հալոցքներից, որոնք տալիս են միատեսակ կապի չափի կառուցվածք (c), մասշտաբի տոպոլոգիական կապեր: 10 մկմ.
Պատվիրակված կառույցների խաչմերուկները ցույց են տրված նկ.4b,c-ը հաստատում է Cu հալվածքներին Ti և Ag ավելացնելու հիմնական կանխատեսված ազդեցությունները պատվիրակված համաձուլվածքի մորֆոլոգիայի և կինետիկայի վրա:Նկ.Նկար 4b-ը ցույց է տալիս Ta15T85 համաձուլվածքի SEM կտրվածքի ստորին հատվածը (ձախ կողմում), որը համաձուլված է մաքուր պղնձի մեջ 10 վրկ ընկղմմամբ մինչև xi ~ 270 մկմ խորություն:Չափելի փորձարարական ժամանակային սանդղակով, որը մի քանի կարգով մեծ է, քան փուլային դաշտի սիմուլյացիաներում, ապակապակցման ճակատային արագությունը շատ ցածր է վերը նշված շեմային արագությունից՝ 4,7 մմ/վ, որից ցածր էվեկտիկական կապի կայուն աճը դառնում է անկայուն:Հետևաբար, կեղևի ճակատի վերևում գտնվող կառուցվածքը ակնկալվում է, որ տոպոլոգիապես լիովին միացված կլինի:Նախքան փորագրումը հիմնային համաձուլվածքի բարակ շերտը ամբողջությամբ լուծարվել է (hL = 20 մկմ), որը կապված է Ta-ի արտահոսքի հետ (Աղյուսակ 1):Պղնձով հարուստ փուլի քիմիական փորագրումից հետո (աջից) մնում է պատվիրակված համաձուլվածքի բարակ շերտ (hC = 42 մկմ), ինչը ցույց է տալիս, որ պատվիրակված կառուցվածքի մեծ մասը կորցրեց կառուցվածքային ամբողջականությունը փորագրման ընթացքում և, ինչպես և սպասվում էր, տոպոլոգիականորեն կապված չէր ( Նկար 1ա):, երրորդ շարքի ամենաաջ պատկերը):Նկ.4c-ը ցույց է տալիս SEM-ի ամբողջական կտրվածքը և Ta15Ti85 համաձուլվածքի փորագրման 3D պատկերները, որոնք հեռացվել են Cu70Ag30 հալվածքի մեջ ընկղմվելով 10 վրկ մինչև մոտ 200 մկմ խորություն:Քանի որ տեսականորեն կանխատեսվում է, որ կեղևի խորությունը կավելանա \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\) դիֆուզիոն կառավարվող կինետիկայով (տես Հավելյալ Ծանոթագրություն 4) 15 16, Cu-ի հալոցքին 30% Ag ավելացնելով, բաժանման խորության նվազումը 270 մկմ-ից մինչև 220 մկմ համապատասխանում է Պեկլեթի p թվի նվազմանը 1,5 գործակցով։Cu/Ag հարուստ փուլի քիմիական փորագրումից հետո (աջից), ամբողջ պատվիրակված կառուցվածքը պահպանում է կառուցվածքային ամբողջականությունը (hC = 200 մկմ)՝ ցույց տալով, որ այն հիմնականում կանխատեսված տեղաբանորեն զուգակցված երկշարունակական կառուցվածք է (Նկար 1, ամենաաջ պատկերը) երկրորդ շարքը և ամբողջը։ ներքևի տող):Պատվիրակված բազային խառնուրդի Ta15T85-ի բոլոր չափումները տարբեր հալվածքներում ամփոփված են Աղյուսակում:1. Մենք նաև ներկայացնում ենք արդյունքներ չլեգիրված Ta10Ti90 բազային համաձուլվածքների համար տարբեր հալվածքներում՝ հաստատելով մեր եզրակացությունները:Արտահոսքի շերտի Ta-ի հաստության չափումները ցույց են տվել, որ Cu70Ag30 հալվածքում լուծված կառուցվածքը (hL = 0 մկմ) ավելի փոքր է, քան մաքուր Cu հալվածքում (hL = 20 մկմ):Ընդհակառակը, Ti-ի ավելացումը հալեցնում է ավելի թույլ համաձուլված կառուցվածքները (hL = 190 մկմ):Պատվիրակված կառուցվածքի տարրալուծման նվազումը մաքուր Cu հալվածի (hL = 250 մկմ) և Cu70Ag30 հալվածի միջև (hL = 150 մկմ) ավելի ցայտուն է Ta10Ti90-ի վրա հիմնված պատվիրակված համաձուլվածքներում:
Տարբեր հալվածքների ազդեցությունը հասկանալու համար մենք կատարեցինք փորձարարական արդյունքների լրացուցիչ քանակական վերլուծություն Նկ. 5-ում (տես նաև Լրացուցիչ տվյալներ 1):Նկ.Նկարներ 5a–b ցույց են տալիս տարբեր տարրերի չափված կոնցենտրացիաների բաշխումը շերտազատման ուղղությամբ՝ շերտազատման փորձերում մաքուր Cu հալվածում (նկ. 5ա) և Cu70Ag30 հալվածում (նկ. 5b):Տարբեր տարրերի կոնցենտրացիաները գծագրվում են շերտազերծման ճակատից մինչև շերտազերծման շերտի եզրին d հեռավորության վրա պինդ կապում և այն փուլը, որը հեղուկ էր (հարստացված Cu կամ CuAg-ով) շերտազատման պահին:Ի տարբերություն ECD-ի, որտեղ խառնվող տարրերի պահպանումը որոշվում է տարանջատման արագությամբ, LMD-ում պինդ կապակցման մեջ կոնցենտրացիան որոշվում է պինդ և հեղուկ փուլերի միջև տեղական թերմոդինամիկական հավասարակշռությամբ և, հետևաբար, պինդ և համակեցության հատկություններով: հեղուկ փուլեր.Ալյումինե վիճակի դիագրամներ.Հիմնական համաձուլվածքից Ti-ի տարրալուծման շնորհիվ Ti-ի կոնցենտրացիան նվազում է շերտազատման ճակատից մինչև շերտազերծման շերտի եզրը d-ի աճով:Արդյունքում, Ta-ի կոնցենտրացիան ավելացել է փաթեթի երկայնքով d-ի աճով, ինչը համահունչ էր փուլային դաշտի մոդելավորմանը (Լրացուցիչ նկար 5):Ti-ի կոնցենտրացիան Cu70Ag30 հալոցքում ընկնում է ավելի մակերեսային, քան մաքուր Cu-ի հալվածքում, ինչը համապատասխանում է համաձուլվածքի հեռացման ավելի դանդաղ արագությանը:Չափված կոնցենտրացիայի պրոֆիլները Նկ.5b-ը նաև ցույց է տալիս, որ հեղուկում Ag-ի և Cu-ի կոնցենտրացիաների հարաբերակցությունը ուղղակիորեն հաստատուն չէ պատվիրակված համաձուլվածքի շերտի երկայնքով, մինչդեռ ֆազային դաշտի մոդելավորման ժամանակ այս հարաբերակցությունը ենթադրվում էր որպես հաստատուն հալվածքի մոդելավորման ժամանակ. Cu70Ag30 կեղծ տարր:Չնայած այս քանակական տարբերությանը, փուլային դաշտի մոդելը գրավում է Ag ավելացնելու գերակշռող որակական ազդեցությունը Ta-ի արտահոսքը ճնշելու վրա:Բոլոր չորս տարրերի կոնցենտրացիայի գրադիենտների լրիվ քանակական մոդելավորումը պինդ կապիչներում և հեղուկներում պահանջում է TaTiCuAg փուլային դիագրամի ավելի ճշգրիտ չորս բաղադրիչ մոդել, որը դուրս է այս աշխատանքի շրջանակներից:
Չափված կոնցենտրացիայի պրոֆիլներ՝ կախված Ta15Ti85 համաձուլվածքի շերտազերծման ճակատից d հեռավորությունից (ա) մաքուր Cu հալվածում և (բ) Cu70Ag30 հալվածում:Պատվիրակված կառուցվածքի ρ(d) պինդ մարմինների չափված ծավալային մասնաբաժնի (պինդ գիծ) համեմատությունը առանց արտահոսքի Ta հավասարմանը համապատասխանող տեսական կանխատեսման հետ (հատված գիծ):(1) (գ) Փքել հավասարման կանխատեսում.(1) Հավասարումը շտկվել է շերտազատման ճակատում:(2) Այսինքն, Ta-ի արտահոսքը համարվում է:Չափել կապի միջին լայնությունը λw և հեռավորությունը λs (d):Սխալների գծերը ներկայացնում են ստանդարտ շեղումը:
Նկ.5c-ը համեմատում է պինդ մարմինների ρ(d) (պինդ գիծ) չափված ծավալային բաժինը մաքուր պատվիրակված Cu և Cu70Ag30 կառուցվածքների համար հալոցքից զանգվածի պահպանումից ստացված տեսական կանխատեսման հետ (կտրված գիծ)՝ օգտագործելով Ta-ի չափված կոնցենտրացիան պինդ կապիչում \({: c }_ {Ta}^{s}(d)\) (նկ. 5a,b) և անտեսել Ta-ի արտահոսքը և Ta-ի տեղափոխումը տարանջատման տարբեր խորություններ ունեցող կապերի միջև:Եթե ​​Ta-ն պինդից դառնում է հեղուկ, ապա հիմնական համաձուլվածքում պարունակվող ամբողջ Ta-ն պետք է վերաբաշխվի պինդ կապի մեջ:Այսպիսով, հեռավոր կառուցվածքի ցանկացած շերտում, որը ուղղահայաց է համաձուլվածքի հեռացման ուղղությանը, զանգվածի պահպանումը նշանակում է, որ \({c}_{Ta}^{s}(d){S}_{s}(d) )={c}_ {Ta}^{0}(դ){S}_{t}\), որտեղ \({c}_{Ta}^{s}(դ)\) և \({c) }_{Ta }^ {0}\) Ta-ի կոնցենտրացիաներն են d դիրքում կապող և մատրիցային համաձուլվածքում, համապատասխանաբար, իսկ Ss(d) և St-ը կոշտ կապիչի և ամբողջ հեռավոր շրջանի խաչմերուկներն են, համապատասխանաբար.Սա կանխատեսում է պինդ մարմինների ծավալային բաժինը հեռավոր շերտում:
Սա հեշտությամբ կարելի է կիրառել պատվիրակված մաքուր Cu և Cu70Ag30 հալվածքների կառուցվածքի վրա՝ օգտագործելով կապույտ գծին համապատասխան համապատասխան \({c}_{Ta}^{s}(d)\) կորերը:Այս կանխատեսումները դրված են Նկար 5c-ում, ցույց տալով, որ Ta-ի արտահոսքի անտեսումը ծավալային բաշխման վատ կանխատեսող է:Առանց արտահոսքի զանգվածի պահպանումը կանխատեսում է ծավալային մասի միապաղաղ նվազում d-ի աճով, որը որակապես դիտվում է մաքուր Cu հալվածքներում, բայց ոչ Cu70Ag30 հալվածքներում, որտեղ ρ(d)-ն ունի նվազագույնը։Բացի այդ, դա հանգեցնում է երկու հալոցքների համար տարանջատման ճակատում ծավալային ֆրակցիաների զգալի գերագնահատմանը:Ամենափոքր չափելի d ≈ 10 մկմ-ի համար կանխատեսվող ρ արժեքները երկու հալոցների համար գերազանցում են 0,5-ը, մինչդեռ չափված ρ արժեքները Cu և Cu70Ag30 հալվածքների համար մի փոքր ավելի բարձր են, քան 0,3 և 0,4 համապատասխանաբար:
Ta-ի արտահոսքի հիմնական դերն ընդգծելու համար մենք այնուհետև ցույց ենք տալիս, որ քայքայման ճակատի մոտ չափված և կանխատեսված ρ արժեքների քանակական անհամապատասխանությունը կարող է վերացվել՝ կատարելագործելով մեր տեսական կանխատեսումները՝ ներառելով այս արտահոսքը:Այս նպատակով եկեք հաշվարկենք Ta ատոմների ընդհանուր թիվը, որոնք հոսում են պինդից հեղուկ, երբ քայքայման ճակատը շարժվում է Δxi = vΔt հեռավորության վրա Δt Δxi = vΔt ժամանակային միջակայքում, որտեղ \(v={\dot{x) )) _{i }(t)\) – շերտազատման արագությունը, խորությունը և ժամանակը կարող են ստացվել հայտնի հարաբերությունից \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t } \) օդազերծում.Տարանջատման ճակատում զանգվածի պահպանման տեղական օրենքը (d ≈ 0) այնպիսին է, որ ΔN = DlglΔtSl/va, որտեղ gl-ը հեղուկում Ta ատոմների կոնցենտրացիայի գրադիենտն է, va-ն ատոմային ծավալն է, որը համապատասխանում է կոնցենտրացիային սահմանված որպես ատոմային մասնաբաժինը, իսկ Sl = St - Ss-ը հեղուկ ալիքի խաչմերուկի տարածքն է շերտազատման ճակատում:Գլ-ի կոնցենտրացիայի գրադիենտը կարելի է հաշվարկել՝ ենթադրելով, որ Ta ատոմների կոնցենտրացիան ունի մշտական ​​\({c}_{Ta}^{l}\) արժեք միջերեսում և շատ փոքր է շերտազատված շերտից դուրս հալվելիս, որը տալիս է \( {g}_ {l}={c}_{Ta}^{l}/{x}_{i}\) Այսպիսով, \({{\Delta}}N=({{\Delta} { x}_{i} {S}_{l}/{v}_{a}){c}_{Ta}^{l}/(2p)\):Երբ ճակատը շարժվում է դեպի հեռավորությունը Δxi, պինդ բաժինը հավասար է հիմնական համաձուլվածքից հեռացված Ta ատոմների ընդհանուր թվին, \({{\Delta}}{x}_{i}{S}_{t} { c }_{Ta}^ {0}/{v}_{a}\), հեղուկի մեջ արտահոսող Ta ատոմների քանակի գումարին, ΔN և ներառված պինդ կապիչի մեջ\({{ \Delta} } {x}_{i}{S}_{s }{c}_{Ta}^{s}/{v}_{a}\):Այս հավասարումը, ΔN-ի վերը նշված արտահայտության և St = Ss + Sl հարաբերությունների և շերտազատման ճակատի փուլերի հետ միասին:
Ta-ի ատոմների զրոյական լուծելիության սահմաններում, որը նվազեցնում է արտահոսքի բացակայության վաղ կանխատեսումը, \(\rho ={c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s} \)հեղուկ ( \({c }_{Ta}^{l}=0\)):Օգտագործելով \({c}_{Ta}^{l}\մոտ 0,03\) արժեքները փորձարարական չափումներից (ցուցված չէ նկ. 5a, b-ում) և Peclet համարները p ≈ 0,26 և p ≈ 0,17 և պինդ մարմինների կոնցենտրացիաները \ ({c}_{Ta}^{s}\մոտավորապես 0.3\) և \({c}_{Ta}^{s}\մոտավորապես 0.25\) Cu և Cu70Ag30 հալվածքների համար, համապատասխանաբար, մենք ստանում ենք կանխատեսված արժեքը. հալոցքը, ρ ≈ 0,38 և ρ ≈ 0,39:Այս կանխատեսումները քանակապես բավականին լավ համընկնում են չափումների հետ:Մնացած տարբերությունները (կանխատեսված 0,38 ընդդեմ չափված 0,32-ի մաքուր Cu-ի հալման և 0,39 կանխատեսվածի ընդդեմ չափված 0,43-ի Cu70Ag30 հալվածքի համար) կարելի է բացատրել հեղուկներում շատ ցածր Ta կոնցենտրացիաների չափման ավելի մեծ անորոշությամբ (\( {c }_{Ta }^ {l}\մոտավորապես 0.03\)), որը ակնկալվում է, որ մի փոքր ավելի մեծ կլինի մաքուր պղնձի հալման մեջ:
Թեև ներկա փորձերը կատարվել են հատուկ հիմքային համաձուլվածքների և հալված տարրերի վրա, մենք ակնկալում ենք, որ այս փորձերի վերլուծության արդյունքները կօգնեն ստանալ հավասարումներ:(2) Լայն կիրառելիություն LMD-ի այլ դոպինգ համակարգերի և հարակից այլ մեթոդների համար, ինչպիսիք են Պինդ վիճակի խառնուրդի հեռացումը (SSD):Մինչ այժմ ամբողջովին անտեսվել է չխառնվող տարրերի արտահոսքի ազդեցությունը LMD կառուցվածքի վրա։Սա հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ այս էֆեկտը էական չէ ECDD-ում, և մինչ այժմ միամտորեն ենթադրվում էր, որ NMD-ը նման է REC-ին:Այնուամենայնիվ, ECD-ի և LMD-ի հիմնական տարբերությունն այն է, որ LMD-ում հեղուկներում չխառնվող տարրերի լուծելիությունը զգալիորեն մեծանում է միջերեսի հեղուկ կողմում խառնվող տարրերի բարձր կոնցենտրացիայի պատճառով (\({c}_{Ti} ^{ l}\)), որն իր հերթին մեծացնում է չխառնվող տարրերի (\({c}_{Ta}^{l}\)) կոնցենտրացիան միջերեսի հեղուկ կողմում և նվազեցնում պինդ վիճակի հավասարմամբ կանխատեսված ծավալային բաժինը: .(2) Այս բարելավումը պայմանավորված է նրանով, որ պինդ-հեղուկ միջերեսը LMD-ի ժամանակ գտնվում է տեղական թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ, ուստի բարձր \({c}_{Ti}^{l}\) օգնում է բարելավել \({c} _) {Ta} ^{l}\ Նմանապես, բարձր \({c}_{Ti}^{s}\) թույլ է տալիս Cu-ին ներառել կոշտ կապող նյութերի մեջ, և պինդ Cu-ի կոնցենտրացիան այս կապակցիչներում տատանվում է մոտ 10%-ից աստիճանաբար: նվազեցումները մինչև արժեքները աննշան են փոքր պատվիրակված շերտի եզրին (Լրացուցիչ նկար 6): Ի հակադրություն, AgAu-ի համաձուլվածքներից Ag-ի էլեկտրաքիմիական հեռացումը ECD-ով ոչ հավասարակշռված ռեակցիա է, որը չի մեծացնում Au-ի լուծելիությունը: էլեկտրոլիտը: Բացի LMD-ից, մենք նաև հուսով ենք, որ մեր արդյունքները կիրառելի են պինդ վիճակի կրիչների համար, որտեղ ակնկալվում է, որ պինդ սահմանը կպահպանի տեղական թերմոդինամիկական հավասարակշռությունը համաձուլվածքների հեռացման ժամանակ: Այս ակնկալիքը հիմնավորվում է այն փաստով, որ ծավալային մասի փոփոխությունը SSD կառուցվածքի պատվիրակված շերտում նկատվել է պինդ նյութեր, ինչը ենթադրում է, որ պատվիրակության ընթացքում տեղի է ունենում պինդ կապանի տարրալուծում, որը կապված է չխառնվող տարրերի արտահոսքի հետ:
Եվ հավասարումը.(2) Ta-ի արտահոսքի պատճառով համաձուլվածքի հեռացման ճակատում պինդ մասնաբաժնի զգալի նվազում կանխատեսելու համար անհրաժեշտ է նաև հաշվի առնել Ta-ի փոխադրումը համաձուլվածքի հեռացման շրջանում՝ հասկանալու համար պինդ մասնաբաժնի բաշխումը ամբողջում։ համաձուլվածքի հեռացման շերտը, որը համապատասխանում է մաքուր պղնձի և Cu70Ag30 հալման:Cu70Ag30 հալման համար (կարմիր գիծ Նկար 5c-ում), ρ(d) ունի պատվիրակված շերտի առնվազն կեսը:Այս նվազագույնը պայմանավորված է նրանով, որ պատվիրակված շերտի եզրին մոտ գտնվող կոշտ կապում պարունակվող Ta-ի ընդհանուր քանակն ավելի մեծ է, քան հիմնական համաձուլվածքում:Այսինքն, d ≈ 230 մկմ \({S}_{s}(d){c}_{Ta}^{s}(d)\, > \,{S}_{t}{c} _ { Ta}^{0}\), կամ լիովին համարժեք, չափված ρ(d) = Ss(d)/St ≈ 0.35 շատ ավելի մեծ է, քան կանխատեսում է հավասարումը:(1) Ոչ մի արտահոսք\({c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s}(d)\մոտ 0.2\):Սա նշանակում է, որ արտահոսող Ta-ի մի մասը տարանջատման ճակատից տեղափոխվում է այս ճակատից հեռու գտնվող տարածք՝ ցրվելով հեղուկի մեջ և պինդ-հեղուկ միջերեսի երկայնքով, որտեղ այն նորից դրվում է:
Այս վերատեղադրումն ունի Ta-ի արտահոսքի հակառակ ազդեցությունը՝ հարստացնելով Ta-ի կոշտ կապերը, և կոշտ ֆրակցիայի բաշխումը կարող է որակապես բացատրվել որպես Ta-ի արտահոսքի և վերաբաշխման հավասարակշռություն:Cu70Ag30 հալման համար հեղուկում Ag-ի կոնցենտրացիան աճում է d-ի աճով (շագանակագույն կետավոր գիծ Նկար 5b-ում)՝ նվազեցնելով Ta-ի արտահոսքը՝ նվազեցնելով Ta-ի լուծելիությունը, ինչը հանգեցնում է ρ(d)-ի ավելացմանը՝ d-ն նվազագույնին հասնելուց հետո: .Սա պահպանում է բավականաչափ պինդ մասը՝ կանխելու համար կոշտ կապի անջատման պատճառով մասնատումը, ինչը բացատրում է, թե ինչու Cu70Ag30 հալվածքներում պատվիրակված կառույցները պահպանում են կառուցվածքային ամբողջականությունը փորագրումից հետո:Ի հակադրություն, մաքուր պղնձի հալեցման դեպքում արտահոսքը և վերահալեցումը գրեթե չեղյալ են հայտարարում միմյանց, ինչը հանգեցնում է պինդ նյութերի դանդաղ կրճատմանը մասնատման շեմից ցածր պատվիրակված շերտի մեծ մասի համար, թողնելով միայն շատ բարակ շերտ, որը պահպանում է կառուցվածքային ամբողջականությունը շերտի սահմանի մոտ: պատվիրակված շերտ.(նկ. 4բ, Աղյուսակ 1):
Առայժմ մեր վերլուծությունները հիմնականում կենտրոնացած են տեղահանվող միջավայրում խառնվող տարրերի արտահոսքի ուժեղ ազդեցության բացատրության վրա պինդ ֆրակցիայի և պատվիրակված կառույցների տոպոլոգիայի վրա:Այժմ անդրադառնանք այս արտահոսքի ազդեցությանը պատվիրակված շերտի ներսում երկկոնտինումային կառուցվածքի կոշտացման վրա, որը սովորաբար տեղի է ունենում LMD-ի ժամանակ՝ մշակման բարձր ջերմաստիճանների պատճառով:Սա տարբերվում է ECD-ից, որտեղ համաձուլվածքի հեռացման ժամանակ կոշտացումը գործնականում բացակայում է, բայց կարող է առաջանալ համաձուլվածքի հեռացումից հետո ավելի բարձր ջերմաստիճաններում կռելու հետևանքով:Մինչ այժմ, LMD-ի ժամանակ կոշտացումը մոդելավորվել է այն ենթադրությամբ, որ այն տեղի է ունենում պինդ-հեղուկ միջերեսի երկայնքով չխառնվող տարրերի դիֆուզիայի պատճառով, որը նման է մակերևութային դիֆուզիոն միջնորդավորված կռվող նանոծակոտկեն ECD կառուցվածքների կոշտացմանը:Այսպիսով, կապի չափը մոդելավորվել է մազանոթների ընդլայնման ստանդարտ մասշտաբային օրենքների միջոցով:
որտեղ tc-ը կոշտացման ժամանակն է, որը սահմանվում է որպես շերտազատման շերտի xi խորության վրա շերտազերծման ճակատի անցումից հետո (որտեղ λ-ն ունի λ00 նախնական արժեք) մինչև շերտազատման փորձի ավարտը, և մասշտաբի ինդեքսը n = 4-ը տարածում է մակերեսը:Eq-ը պետք է օգտագործվի զգուշությամբ:(3) Մեկնաբանեք λ-ի և d հեռավորության չափումները վերջնական կառուցվածքի համար՝ առանց կեղտերի փորձի վերջում:Դա պայմանավորված է նրանով, որ պատվիրակված շերտի եզրին մոտ գտնվող շրջանը մեծանալու համար ավելի երկար է տևում, քան առջևի մոտ գտնվող շրջանը:Դա կարելի է անել լրացուցիչ հավասարումներով:(3) Հաղորդակցություն tc-ի և d-ի հետ.Այս կապը կարելի է հեշտությամբ ստանալ՝ կանխատեսելով համաձուլվածքի հեռացման խորությունը՝ որպես ժամանակի ֆունկցիա, \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\), որը տալիս է tc(d) = te − tf(d), որտեղ te-ն ամբողջ փորձի տեւողությունն է, \({t}_{f}(d)={(\sqrt{4p{D}_{l} {t}_{ e } }-d)}^{2}/(4p{D}_{l})\) այն ժամանակն է, երբ շերտազերծման ճակատը հասնում է մի խորության, որը հավասար է շերտազատման վերջնական խորությանը` հանած դ:tc(d)-ի այս արտահայտությունը միացրեք հավասարման մեջ:(3) Կանխատեսել λ(d) (տե՛ս լրացուցիչ ծանոթագրություն 5):
Այս կանխատեսումը ստուգելու համար մենք կատարեցինք կապոցների լայնության և հեռավորության չափումներ պատվիրակված կառուցվածքների ամբողջական խաչմերուկներում, որոնք ներկայացված են Լրացուցիչ Նկար 9-ում մաքուր Cu և Cu70Ag30 հալվածքների համար:Շերտազերծման ուղղությանը ուղղահայաց գծային սկանավորումներից մենք ստացանք շերտազատման ճակատից d տարբեր հեռավորությունների վրա, մենք ստացանք Ta-ի հարուստ կապոցների միջին լայնությունը λw(d) և կապոցների միջև λs(d) միջին հեռավորությունը:Այս չափումները ցույց են տրված նկ.5d և համեմատվում է հավասարման կանխատեսումների հետ:(3) Լրացուցիչ Նկար 10-ում n-ի տարբեր արժեքների համար:Համեմատությունը ցույց է տալիս, որ մակերեսային դիֆուզիոն ինդեքսը n = 4 տալիս է վատ կանխատեսումներ:Այս կանխատեսումը էականորեն չի բարելավվել՝ ընտրելով n = 3՝ մեծածավալ դիֆուզիոն միջնորդավորված մազանոթների կոշտացման համար, որը կարելի է միամտորեն ակնկալել, որ ավելի լավ տեղավորվում է Ta-ի արտահոսքի պատճառով:
Տեսության և փորձի այս քանակական անհամապատասխանությունը զարմանալի չէ, քանի որ հավասար.(3) նկարագրում է մազանոթների կոշտացումը ρ հաստատուն ծավալային մասում, մինչդեռ LMD-ում պինդ մարմինների ρ բաժինը հաստատուն չէ:ρ-ը տարածականորեն փոխվում է հեռացված շերտի ներսում համաձուլվածքի հեռացման վերջում, ինչպես ցույց է տրված նկ.5c.ρ նաև ժամանակի հետ փոխվում է կեղտերը հեռացնելու ֆիքսված խորության վրա՝ հեռացման ճակատի արժեքից (որը ժամանակի մեջ մոտավորապես հաստատուն է և, հետևաբար, անկախ tf-ից և d-ից) մինչև ρ(d)-ի չափված արժեքը, որը ցույց է տրված Նկ. 5c համապատասխան վերջին անգամ.Սկսած թզ.3d, կարելի է գնահատել, որ քայքայման ճակատային արժեքները համապատասխանաբար կազմում են մոտ 0,4 և 0,35 AgCu-ի և մաքուր Cu-ի հալվածքների համար, ինչը բոլոր դեպքերում ավելի բարձր է, քան ρ-ի վերջնական արժեքը te-ի պահին:Կարևոր է նշել, որ ρ-ի նվազումը ժամանակի հետ ֆիքսված դ-ում ուղղակի հետևանք է հեղուկում խառնվող տարրի (Ti) կոնցենտրացիայի գրադիենտի առկայության։Քանի որ հեղուկներում Ti-ի կոնցենտրացիան նվազում է d-ի ավելացման հետ մեկտեղ, պինդ մարմիններում Ti-ի հավասարակշռության կոնցենտրացիան նույնպես d-ի նվազող ֆունկցիա է, ինչը հանգեցնում է պինդ կապող նյութերից Ti-ի տարրալուծմանը և ժամանակի ընթացքում պինդ մասնաբաժնի նվազմանը:Ρ-ի ժամանակային փոփոխության վրա ազդում է նաև Ta-ի արտահոսքը և վերաբաշխումը:Այսպիսով, տարրալուծման և նստեցման լրացուցիչ հետևանքների պատճառով մենք ակնկալում ենք, որ LMD-ի ժամանակ կոշտացումը, որպես կանոն, տեղի կունենա ոչ հաստատուն ծավալային ֆրակցիաների դեպքում, ինչը կհանգեցնի կառուցվածքային էվոլյուցիայի՝ ի լրումն մազանոթների կոշտացման, բայց նաև դիֆուզիայի պատճառով: հեղուկներ և ոչ միայն պինդ-հեղուկ սահմանի երկայնքով:
Հավասարման փաստեր.(3) Կապի լայնությունը և տարածության չափումները 3 ≤ n ≤ 4-ի համար քանակական չեն (Լրացուցիչ Նկար 10), ինչը ենթադրում է, որ տարրալուծումը և վերատեղադրումը, որը պայմանավորված չէ միջերեսի կրճատմամբ, գերիշխող դեր է խաղում ներկա փորձի մեջ:Մազանոթների կոշտացման դեպքում λw-ն և λs-ն ակնկալվում է, որ կունենան նույն կախվածությունը d-ից, մինչդեռ նկ. 5d-ը ցույց է տալիս, որ λs-ն աճում է d-ով շատ ավելի արագ, քան λw մաքուր Cu-ի և Cu70Ag30 հալվածքների դեպքում:Թեև այս չափումները քանակականորեն բացատրելու համար պետք է դիտարկել կոշտացման տեսությունը, որը հաշվի է առնում տարրալուծումը և վերատեղադրումը, այս տարբերությունը որակապես ակնկալվում է, քանի որ փոքր կապերի ամբողջական լուծարումը նպաստում է կապերի միջև հեռավորության ավելացմանը:Բացի այդ, Cu70Ag30 հալված λs-ն հասնում է իր առավելագույն արժեքին շերտի եզրին առանց համաձուլվածքի, սակայն այն փաստը, որ մաքուր պղնձի հալվածի λs-ը շարունակում է միապաղաղ աճել, կարելի է բացատրել հեղուկում Ag կոնցենտրացիայի ավելացմամբ, որտեղ. d-ն օգտագործվում է ρ(d) բացատրելու համար Նկար 5c-ում ոչ միապաղաղ վարքագիծը:Ագ-ի կոնցենտրացիայի ավելացումը d-ի աճով ճնշում է Ta-ի արտահոսքը և կապող նյութի տարրալուծումը, ինչը հանգեցնում է λs-ի նվազմանը առավելագույն արժեքին հասնելուց հետո։
Ի վերջո, նշենք, որ մշտական ​​ծավալային մասում մազանոթների կոշտացման համակարգչային ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ երբ ծավալային բաժինը իջնում ​​է մոտավորապես 0,329,30 շեմից ցածր, կառուցվածքը կոշտացման ժամանակ կոտրվում է:Գործնականում այս շեմը կարող է մի փոքր ավելի ցածր լինել, քանի որ մասնատումը և սեռի ուղեկցող կրճատումը տեղի են ունենում ժամանակային մասշտաբով, որը համեմատելի կամ ավելի մեծ է այս փորձի համաձուլվածքների հեռացման ընդհանուր ժամանակի հետ:Այն փաստը, որ պատվիրակված կառույցները Cu70Ag30 հալվածքներում պահպանում են իրենց կառուցվածքային ամբողջականությունը, չնայած ρ(d)-ը d-ի միջին տիրույթում 0,3-ից մի փոքր ցածր է, ցույց է տալիս, որ մասնատումը, եթե այդպիսիք կա, տեղի է ունենում միայն մասամբ:Կոտրատման ծավալային մասնաբաժնի շեմը կարող է կախված լինել նաև տարրալուծումից և նստեցումից:
Այս ուսումնասիրությունը երկու հիմնական եզրակացություն է անում.Նախ, և ավելի գործնականում, LMD-ի կողմից արտադրված պատվիրակված կառույցների տոպոլոգիան կարելի է վերահսկել՝ ընտրելով հալոցքը:Ընտրելով հալվածք, որը նվազեցնում է AXB1-X բազային համաձուլվածքի չխառնվող A տարրի լուծելիությունը հալման մեջ, թեև սահմանափակ է, կարող է ստեղծվել բարձր պատվիրակված կառուցվածք, որը պահպանում է իր համախմբվածությունը նույնիսկ հատակի X տարրի ցածր կոնցենտրացիաների և կառուցվածքային ամբողջականության դեպքում: .Նախկինում հայտնի էր, որ դա հնարավոր է ECD25-ի համար, բայց ոչ LMD-ի համար:Երկրորդ եզրակացությունը, որն ավելի հիմնարար է, այն է, թե ինչու LMD-ում կառուցվածքային ամբողջականությունը կարող է պահպանվել՝ փոփոխելով պատվիրակող միջավայրը, որն ինքնին հետաքրքիր է և կարող է բացատրել մեր TaTi համաձուլվածքի դիտարկումները մաքուր Cu-ի և CuAg-ի հալվածքներում, բայց նաև՝ ավելի ընդհանուր առմամբ պարզաբանելու կարևոր, նախկինում թերագնահատված տարբերությունները ECD-ի և LMD-ի միջև:
ECD-ում կառուցվածքի համակցվածությունը պահպանվում է կեղտերի հեռացման արագությունը ցածր X մակարդակի վրա պահելով, որը ժամանակի ընթացքում մնում է անփոփոխ ֆիքսված շարժիչ ուժի համար, բավական փոքր է, որպեսզի կեղտը հեռացնելու ընթացքում բավականաչափ խառնվող B տարրը պահպանվի պինդ կապի մեջ, որպեսզի պահպանվի: պինդ նյութերի ծավալը.ρ մասնաբաժինը բավականաչափ մեծ է մասնատումը կանխելու համար25:LMD-ում համաձուլվածքների հեռացման արագությունը \(d{x}_{i}(t)/dt=\sqrt{p{D}_{l}/t}\) ժամանակի ընթացքում նվազում է դիֆուզիոն սահմանափակ կինետիկայի պատճառով:Այսպիսով, անկախ հալման բաղադրության տեսակից, որը ազդում է միայն Peclet համարի p-ի վրա, շերտազերծման արագությունը արագ հասնում է մի արժեքի, որը բավական փոքր է պինդ կապող նյութում B-ի բավարար քանակություն պահպանելու համար, ինչը ուղղակիորեն արտացոլվում է նրանում, որ ρ շերտազատման ժամանակ ճակատը մնում է մոտավորապես անփոփոխ ժամանակի հետ:Փաստ եւ մասնատման շեմից բարձր։Ինչպես ցույց է տալիս ֆազային դաշտի մոդելավորումը, կեղևի արագությունը նույնպես արագորեն հասնում է բավական փոքր արժեքի՝ էվեկտիկական կապի աճը ապակայունացնելու համար՝ դրանով իսկ հեշտացնելով տոպոլոգիական կապակցված կառուցվածքների ձևավորումը՝ լամելների կողային ճոճվող շարժման պատճառով:Այսպիսով, ECD-ի և LMD-ի միջև հիմնական հիմնարար տարբերությունը կայանում է շերտազատման ճակատի էվոլյուցիայի մեջ շերտի ներքին կառուցվածքի միջոցով պառակտումից հետո և ρ, այլ ոչ թե շերտազատման արագությունը:
ECD-ում ρ-ը և կապը մնում են կայուն ողջ հեռավոր շերտում:LMD-ում, ի տարբերություն, երկուսն էլ տարբերվում են շերտի ներսում, ինչը հստակ ցույց է տրված այս ուսումնասիրության մեջ, որը քարտեզագրում է ρ-ի ատոմային կոնցենտրացիան և բաշխումը LMD-ի կողմից ստեղծված պատվիրակված կառույցների խորության վրա:Այս փոփոխության երկու պատճառ կա.Նախ, նույնիսկ զրոյական լուծելիության A սահմանի դեպքում, կոնցենտրացիայի B գրադիենտը հեղուկում, որը բացակայում է DZE-ում, առաջացնում է կոնցենտրացիայի գրադիենտ A պինդ կապող նյութում, որը հեղուկի հետ քիմիական հավասարակշռության մեջ է:Գրադիենտ A-ն իր հերթին առաջացնում է գրադիենտ ρ շերտի ներսում՝ առանց կեղտերի:Երկրորդ, ոչ զրոյական լուծելիության պատճառով A-ի արտահոսքը հեղուկի մեջ հետագայում փոփոխում է ρ-ի տարածական փոփոխությունն այս շերտում, ընդ որում նվազեցված լուծելիությունը օգնում է ρ-ն ավելի բարձր և տարածականորեն միատեսակ պահել կապը պահպանելու համար:
Վերջապես, LMD-ի ժամանակ պատվիրակված շերտի ներսում կապի չափի և կապի էվոլյուցիան շատ ավելի բարդ է, քան մակերևութային դիֆուզիոն սահմանափակված մազանոթային կոշտացումը հաստատուն ծավալային մասում, ինչպես նախկինում ենթադրվում էր անալոգիա կռվող նանոծակոտկեն ECD կառուցվածքների կոշտացման հետ:Ինչպես ցույց է տրված այստեղ, LMD-ում կոշտացումը տեղի է ունենում տարածական-ժամանակային փոփոխվող պինդ ֆրակցիայում և սովորաբար ազդում է հեղուկ վիճակում A և B-ի դիֆուզիոն փոխանցման միջոցով շերտազատման ճակատից մինչև տարանջատված շերտի եզրը:Մակերևութային կամ մեծածավալ դիֆուզիոնով սահմանափակված մազանոթների կոշտացման օրենքները չեն կարող քանակականացնել փոխառությունների լայնության և հեռավորության փոփոխությունները պատվիրակված շերտում, ենթադրելով, որ հեղուկի կոնցենտրացիայի գրադիենտների հետ կապված A և B փոխադրումները խաղում են հավասար կամ նույնական դերեր:Ավելի կարևոր է, քան ինտերֆեյսի տարածքը կրճատելը:Տեսության մշակումը, որը հաշվի է առնում այս տարբեր ազդեցությունները, ապագայի համար կարևոր հեռանկար է:
Տիտան-տանտալ երկուական համաձուլվածքները ձեռք են բերվել Arcast, Inc-ից (Օքսֆորդ, Մեյն)՝ օգտագործելով 45 կՎտ հզորությամբ Ambrell Ekoheat ES ինդուկցիոն սնուցման աղբյուր և ջրով հովացվող պղնձե կարաս:Մի քանի տաքացումից հետո յուրաքանչյուր համաձուլվածքը հալվել է 8 ժամվա ընթացքում հալման կետից 200°C ջերմաստիճանում՝ հասնելու համասեռացման և հատիկի աճի:Այս հիմնական ձուլակտորից կտրված նմուշները տեղում եռակցվել են Ta լարերին և կասեցվել ռոբոտային թեւից:Մետաղական լոգանքները պատրաստվել են 40 գ Cu (McMaster Carr, 99.99%) խառնուրդ Ag (Kurt J. Lesker, 99.95%) կամ Ti մասնիկների հետ տաքացնելով բարձր հզորությամբ Ameritherm Easyheat ինդուկցիոն ջեռուցման համակարգի միջոցով մինչև ամբողջական լուծարումը:լոգանքներ.լիովին տաքացվող հալեցնում:Կրճատեք հզորությունը և թողեք, որ լոգանքը խառնվի և հավասարակշռվի կես ժամ 1240°C ռեակցիայի ջերմաստիճանում:Այնուհետև ռոբոտային թեւը իջեցվում է, նմուշը նախապես որոշված ​​ժամանակով ընկղմվում է լոգանքի մեջ և հանվում սառեցման համար։Համաձուլվածքի բիլետի և LMD-ի ամբողջ ջեռուցումն իրականացվել է բարձր մաքրության արգոնի մթնոլորտում (99,999%):Համաձուլվածքը հեռացնելուց հետո նմուշների խաչմերուկները հղկվել և հետազոտվել են օպտիկական մանրադիտակի և սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով (SEM, JEOL JSM-6700F):Տարրական վերլուծությունը կատարվել է էներգիայի դիսպերսիվ ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի (EDS) միջոցով SEM-ում:Պատվիրակված նմուշների եռաչափ միկրոկառուցվածքը դիտարկվել է պղնձով հարուստ պղնձով պնդացած փուլը լուծարելով 35% ազոտաթթվի լուծույթում (վերլուծական աստիճան, Fluka):
Մոդելավորումն իրականացվել է՝ օգտագործելով եռակի համաձուլվածքի անջատման փուլի դաշտի նախկինում մշակված մոդելը15:Մոդելը կապում է ϕ փուլային դաշտի էվոլյուցիան, որը տարբերում է պինդ և հեղուկ փուլերը, համաձուլվածքի տարրերի կոնցենտրացիայի ci դաշտի հետ:Համակարգի ընդհանուր ազատ էներգիան արտահայտվում է այսպես
որտեղ f(φ) կրկնակի արգելքի պոտենցիալն է՝ նվազագույնը φ = 1 և φ = 0 համապատասխանաբար պինդ մարմիններին և հեղուկներին, իսկ fc(φ, c1, c2, c3) քիմիական ներդրումն է ծավալի ազատության մեջ, որը նկարագրում է էներգիայի խտությունը: թերմոդինամիկական հատկությունների համաձուլվածք.Մաքուր Cu կամ CuTi հալվածքների վերահալումը TaTi համաձուլվածքների մեջ մոդելավորելու համար մենք օգտագործում ենք նույն ձևը fc(φ, c1, c2, c3) և պարամետրերը, ինչպես նշված է հղումում:15. CuAg-ի հալվածքներով TaTi համաձուլվածքները հեռացնելու համար մենք պարզեցրել ենք չորրորդական համակարգը (CuAg)TaTi արդյունավետ եռյակային համակարգի՝ տարբեր պարամետրերով կախված Ag-ի կոնցենտրացիայից, ինչպես նկարագրված է Հավելյալ Ծանոթագրություն 2-ում: Ֆազային դաշտի և էվոլյուցիայի հավասարումները: համակենտրոնացման դաշտը ստացվել է տարբերակված ձևով
Որտեղ \({M}_{ij}={M}_{l}(1-\phi){c}_{i}\ձախ ({\delta}_{ij}-{c}_{j} \աջ)\) ատոմային շարժունակության մատրիցն է, և Lϕ ղեկավարում է ատոմային կցման կինետիկան պինդ-հեղուկ միջերեսում:
Այս ուսումնասիրության արդյունքներին աջակցող փորձարարական տվյալները կարելի է գտնել լրացուցիչ տվյալների ֆայլում:Մոդելավորման պարամետրերը տրված են լրացուցիչ տեղեկատվության մեջ:Բոլոր տվյալները հասանելի են նաև համապատասխան հեղինակներից՝ ըստ պահանջի:
Wittstock A., Zelasek W., Biner J., Friend SM and Baumer M. Նանոծակոտկեն ոսկու կատալիզատորներ մեթանոլի ցածր ջերմաստիճանի ընտրովի գազաֆազային օքսիդատիվ զուգավորման համար:Գիտություն 327, 319–322 (2010):
Zugic, B. et al.Դինամիկ ռեկոմբինացիան որոշում է նանոծակոտկեն ոսկի-արծաթ համաձուլվածքի կատալիզատորների կատալիտիկ ակտիվությունը:Ազգային մայր բուհի.16, 558 (2017):
Zeis, R., Mathur, A., Fritz, G., Lee, J. 和 Erlebacher, J. Platinum-coated nanoporous ոսկի. ցածր pt բեռնման արդյունավետ էլեկտրակատալիտոր PEM վառելիքի բջիջների համար:Հանդես #165, 65–72 (2007):
Snyder, J., Fujita, T., Chen, MW and Erlebacher, J. Թթվածնի նվազեցում նանոծակոտկեն մետաղ-իոնային հեղուկ կոմպոզիտային էլեկտրակատալիզատորներում:Ազգային մայր բուհի.9, 904 (2010):
Lang, X., Hirata, A., Fujita, T. and Chen, M. Նանոծակոտկեն հիբրիդ մետաղ/օքսիդ էլեկտրոդներ էլեկտրաքիմիական գերկոնդենսատորների համար:Ազգային նանոտեխնոլոգիա.6, 232 (2011).
Kim, JW et al.Նիոբիումի միաձուլման օպտիմիզացում մետաղական հալվածքների հետ՝ էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորների համար ծակոտկեն կառուցվածքներ ստեղծելու համար:Ամսագիր.84, 497–505 (2015):
Bringa, EM և այլն: Նանոծակոտկեն նյութերը դիմացկուն են ճառագայթմանը:Նանոլետ.12, 3351–3355 (2011):