Сформированные наночастицами сплавы V–Cd: получение, фазовый состав и структура

The results of the study of targeted sputtering and deposition of ultrafine vanadium and cadmium particles on substrates that are not heated and shifted with respect to the substrate plasma currents are revealed. As a result of the conducted studies, coatings were obtained in the range with a concentration of cadmium from 9.6 to 88.6 at.%. The critical size of vanadium particles capable of forming alloys with cadmium is 0.6 nm. The concentration limit for the presence of solid solutions of cadmium in vanadium is the cadmium content of ~37 at.%, at a higher cadmium content the film coating is represented by a mixture of cadmium phases and a solid solution of cadmium in vanadium. The dependence of the lattice parameter of α-vanadium on the content of cadmium in it corresponds to the expression: а [nm] = 8·10–4СCd + 0.3707, where СCd is the concentration of cadmium, at.%. On the surface of the sample in the region of solid solutions (31.6 at.% Cd), the presence of threadlike crystals of cadmium was found, the reason for the appearance of which is the lattice pressure of the matrix metal. Annealing of films rich in cadmium (69.5 at.%) in vacuum is accompanied by cracking of the coating and the formation of pores. The latter can be used as a method for obtaining porous vanadium.Приведены результаты исследований распыления и осаждения ультрадисперсных частиц ванадия и кадмия на необогреваемые и перемещаемые относительно потоков плазмы подложки. Были получены покрытия в интервале концентраций кадмия от 9,6 до 88,6 ат.%. Критическим размером частиц ванадия, способных к образованию сплавов с кадмием, определена величина 0,6 нм. Концентрационной границей существования твердых растворов кадмия в ванадии является содержание кадмия ~37 ат.%, при большей его доли пленочное покрытие представлено смесью фаз кадмия и твердого раствора кадмия в ванадии. Зависимость параметра решетки α-ванадия от содержания кадмия в нем соответствует следующему выражению: а [нм] = 8·10–4СCd + + 0,3707, где СCd – концентрация кадмия, ат.%. На поверхности образца в области твердых растворов (31,6 ат.% Cd) обнаружено наличие нитевидных кристаллов кадмия, причиной появления которых является решеточное давление матричного металла. Отжиг богатых по содержанию кадмия пленок (69,5 ат.%) в вакууме сопровождается растрескиванием покрытия и образованием пор. Последнее может быть использовано как метод получения пористого ванадия

Получение двойных сплавов ниобия с легкоплавкими металлами осаждением наночастиц

Binary niobium alloys with tin, lead and cadmium were obtained by precipitation of nanosized metal particles dispersed in lowpressure plasma using the thermal fluctuation melting effect. The thermal fluctuation melting effect implies that a small particle is in the quasi-liquid state up to a certain critical size which, if exceeded due to steam condensation or fusion (coalescence) of other quasiliquid particles, results in the drop crystallization. The critical sizes of particles being in the quasi-liquid state and capable of coalescing and forming an alloy – solid solution – were found: Nb – 2.1÷2.2 nm, Sn – 0.4 nm, Pb – 0.6 nm, Cd – 3.2 nm. The following concentrations were determined as the boundary of a range where solid metal solutions exist in niobium, at%: Sn – 25.5, Pb – 23.0, Cd – 64.5. The solid solution is a crystal lattice of the niobium as a matrix metal comprising lead, cadmium and tin atoms. The Nb matrix lattice parameters change with additional stresses arising in it up to its destruction due to the fact that the atom sizes of embedded metals differ from those of matrix niobium. The body-centered cubic lattice parameters of solid solutions increase with the rising Pb, Cd и Sn concentrations since they have larger atomic sizes as compared to niobium. A change in the crystal lattice growth rate was observed for lead and cadmium alloys due to a change in the impurity atom arrangement in the niobium matrix lattice. The critical sizes of metal particles obtained were used to estimate surface tension parameters at the crystal/melt interface as follows: 1.17–1.22 J/m2 for Nb, 1.15·10–2 – for Sn; 1.48·10–2 – for Pb; 0.142 – for Cd. Refractory niobium alloying with tin, lead and cadmium is an example of using the size effect to produce new materials.Осаждением распыленных в плазме низкого давления наноразмерных частиц металлов c использованием эффекта термофлуктуационного плавления получены двойные сплавы ниобия с оловом, свинцом и кадмием. Эффект термофлуктуационного плавления предполагает пребывание малой частицы в квазижидком состоянии до некоторого критического размера, превышение которого в результате конденсации пара или слияния (коалесценции) других квазижидких частиц приводит к кристаллизации капли. Найденные критические размеры, при которых частицы находятся в квазижидком состоянии и способны к коалесценции и образованию сплава – твердого раствора, составляют, нм: для Nb – 2,1÷2,2, Sn – 0,4, Pb – 0,6, Cd – 3,2. Границей области существования твердых растворов металлов в ниобии определены концентра- ции, ат.%: Sn – 25,5, Pb – 23,0, Cd – 64,5. Твердый раствор представляет собой кристаллическую решетку матричного металла – ниобия, в которой размещены атомы свинца, кадмия и олова. В связи с тем, что размеры атомов внедряемых металлов отличаются от таковых у матричного ниобия, происходят изменение параметров решетки матрицы (Nb) и возникновение в ней дополнительных напряжений вплоть до разрушения последней. Параметры ОЦК-решетки твердых растворов увеличиваются с повышением концентраций Pb, Cd и Sn в связи с их бóльшими, по сравнению с ниобием, размерами атомов. Для сплавов со свинцом и кадмием отмечена смена темпа роста кристаллической решетки, обусловленная сменой схемы размещения атомов примесей в матричной решетке ниобия. На основании полученных критических размеров частиц металлов оценены величины поверхностного натяжения на границе кристалл–расплав, составившие, Дж/м2: 1,17–1,22 (для Nb); 1,15·10–2 (Sn); 1,48·10–2 (Pb); 0,142 (Cd). Получение сплавов тугоплавкого ниобия с оловом, свинцом и кадмием является примером использования размерного эффекта при изготовлении новых материалов