Современное состояние исследований в области функциональных конденсационных покрытий высокой проводи.... Дипломная (ВКР). Физика.

👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.


Помощь в написании работы, которую точно примут!

Похожие работы на - Современное состояние исследований в области функциональных конденсационных покрытий высокой проводи...

Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе

Нужна качественная работа без плагиата?

Не нашел материал для своей работы?


Поможем написать качественную работу Без плагиата!

современное состояние исследований в области
функциональных конденсационных покрытий высокой проводимости





Получение
и применение функциональных пленок и покрытий в последние 30-40 лет
характеризуется стремительным ростом и во многих отраслях промышленности
занимает ключевые позиции. Особенно это относится к электронной технике, где
тонкие пленки являются элементами различных устройств крупносерийного
производства.


Особое место
занимают функциональные пленки и покрытия из материалов высокой проводимости –
токоведущие дорожки интегральных схем, слаботочные узлы коммутации
исполнительных элементов электронных и электротехнических устройств, активные и
пассивные элементы узлов компьютеров, электрические контакты и пр. Наряду с
традиционными материалами (золото, серебро, платина и сплавы на их основе), в
последние годы широко внедряются материалы-заменители (медь и её сплавы,
алюминиевые сплавы и пр.). Использование материалов-заменителей позволяет
решить такую важную народнохозяйственную задачу, как замена драгметаллов; одновременно
существенно снижается себестоимость продукции.


Нами обобщен
научный и производственный опыт отечественных и зарубежных ученых в области
научных исследований и технологических разработок различных функциональных
пленок и покрытий из материалов высокой проводимости [90, 91, 92]. С точки
зрения технологии получения, основное внимание уделено методу термовакуумного
напыления [60, 124, 125, 135], который является наиболее перспективным и широко
используется в электронной технике.









1.1. Основные типы токопроводящих покрытий и их свойства




Токопроводящие
плёнки - наиболее распространённый класс функциональных покрытий в различных
устройствах электронной техники. К ним относятся пассивные плёночные элементы,
токопроводящие каналы микросхем, элементы коммутирующих устройств [28,
99, 181], контактные площадки переменных непроволочных резисторов.


Общие требования,
предъявляемые к материалам токопроводящих и к контактным площадкам, следующие:


- высокие электро- и
теплопроводность;


- стабильность электрических
параметров при воздействии агрессивных сред (коррозионная стойкость);


- износоустойчивость покрытия
(характерно для слаботочных скользящих контактов);


- способность к сварке и спайке
(особенно для элементов коммутации).


Наиболее широкое
распространение получили благородные металлы - золото, серебро,
платина и их сплавы. Комплекс исследований, включающий механические, электрические
и коррозионные испытания, показал, что покрытия из золота и его сплавов
обладают более низкой твёрдостью, электропроводностью и коррозионной стойкостью
по сравнению с серебряными покрытиями [158]. Серебро
широко применяется для изготовления различного вида контактов. В работе [175]
изучено влияние окислов Mg, Al, Mn, Sn, Zr, La, Cd и Mo (окислы
образовывались в результате внутреннего окисления соответствующих сплавов на
эрозионный износ серебряных контактов. Установлено, что наибольшие потери были
в случае наличия окислов Al и Mo, а
наименьшие - наблюдались для чистого серебра и сплавов серебра, содержащих Cd и Zr. Сплавы Ag-CdО успешно применяются для покрытий электрических контактов, работающих
при t°£ 40° и относительной влажности 95 %, а также в сухой атмосфере при t £120°С.


Кроме серебра и
золота для получения контактов используют молибден, платину, палладий и сплавы
на их основе, обеспечивающие хорошую коррозионную стойкость и стабильность
контактной проводимости [165].


В последнее время
наблюдается тенденция замены благородных металлов более экономичными металлами
и сплавами с сохранением функциональных свойств покрытий [46, 139, 145,
186]. По электрическим характеристикам, наиболее близким к серебру металлом
является медь. Медь обладает высокими значениями тепло- и электропроводности,
дешева. В связи с этим медь нашла широкое применение в различного вида
контактах, работающих при значительных механических усилиях с притирающим
действием или при напряжениях, способных пробить поверхностные окисные плёнки.
Преимущества меди заключаются в том, что вследствие высокой теплоёмкости,
медные контакты меньше подвержены перегреву током, чем серебряные. Однако,
из-за лёгкой окисляемости и малой стойкости к истиранию применение чистой меди
ограничено.


Предпочтительнее
для создания контактных покрытий применять сплавы на основе меди. Выбор
легирующих элементов определяется следующими соображениями: улучшением адгезии
покрытий к подложкам, повышением свариваемости плёнок с различными элементами
схемы, повышением износоустойчивости, обеспечением коррозионной стойкости в
различных средах [17, 23, 24, 42, 60, 135]. Исследования коррозионной
стойкости, проведённые для 25 сплавов меди показали, что в промышленной
атмосфере добавки Al, Ni и Sn к меди повышают, а Mn - снижают коррозионную стойкость, в
тоже время в морской воде присутствие Ni и Mn повышают атмосферостойкость сплавов на основе меди [171].
Сплавы, используемые для изготовления контактных участков резисторов и
токопроводящих элементов микросхем, обладающие необходимыми эксплуатационными
свойствами предложены в [5, 6].


Существует
определенная связь между электрофизическими свойствами тонкопленочных
конденсированных структур и условиями их получения [91]. Основными технологическими
параметрами, определяющими электрофизические свойства плёнок, полученных при
термическом испарении металлов в вакууме, являются скорость испарения, степень
вакуума, температура подложки, толщина плёнки и её состав, а также режимы
предварительной и последующей обработки [4, 14, 60, 118, 124, 125, 151].


Температура
подложки определяет механизм конденсации плёнки, степень её фазовой и
структурной неравномерности. С повышением температуры подложки усиливаются
диффузионные процессы, способствующие упорядочению кристаллической решётки и
увеличению плотности конденсируемой плёнки. Удельное сопротивление плёнки
зависит от температуры подложки [13, 14]. Величина сопротивления плёнки
уменьшается, температурный коэффициент сопротивления сдвигается в сторону
положительных значений, стабильность электрических характеристик улучшается.
Сравнение зависимостей r и ТКС от температуры подложки для плёнок никеля,
алюминия и золота толщиной 0,5мкм [11] показывают более существенную
чувствительность этих параметров для плёнок никеля и алюминия в сравнении с
пленками золота.


Электрическое сопротивление
определяется не только температурой подложки, но также скоростью осаждения,
степенью вакуума, а также продолжительностью испарения [120].
Плёнки равной толщины, но напыленные в течение более короткого промежутка времени
или при меньшем давлении остаточных газов, имеют меньшее удельное сопротивление,
чем плёнки, напыленные при более длительном испарении и большем давлении остаточных
газов. На основании проведённых исследований предложен способ получения слоёв с
заданными электрическими характеристиками.


Свойства
тонкопленочных конденсированных структур в значительной степени определяются их
толщиной. Очень тонкие плёнки (до 20 нм) обладают весьма высоким удельным
сопротивлением и отрицательным ТКС. Более толстые плёнки (до нескольких мкм)
имеют более низкое сопротивление и положительный ТКС. Начиная с 25-30нм электрическое
сопротивление стабилизируется. Экспериментальные зависимости r=f(h) и ТКС=f(h) для плёнок Au, Al и Ni, применяемых в микроэлектронике для изготовления тонкоплёночных
конденсаторов, контактных площадок и коммутационных шин [104], показывают, что
стабилизация удельного сопротивления плёнок Au наступает
при толщинах более 30 нм. Для плёнок Al и Ni стабилизация электрических параметров не наблюдается даже при толщине
плёнки более 1 мкм.


Состав конденсатов
оказывает наибольшее влияние на их электропараметры. Установлено [31, 121], что
удельное сопротивление плёнок, полученных напылением сплавов меди с добавками Mn, Zr, Ti, Si существенно ниже удельного сопротивления исходного сплава. На
основании теоретических и экспериментальных исследований авторами работ [34,
119] разработана концентрационно-зёренная модель, объясняющая
закономерности формирования состава и свойств многокомпонентных металлических
плёнок при полном испарении и конденсации сплавов в вакууме. Введение
легирующих элементов в исходный сплав на основе меди позволяет существенно улучшить
свойства плёнок без значительного увеличения их сопротивления. В работе [119]
исследованы закономерности формирования структуры и электрических свойств
вакуумных плёнок сплавов на основе меди, рекомендованных для изготовления
контактов.


Термообработка
свеженапыленных конденсатов оказывает определенное влияние на электропараметры,
причем весьма незначительное при конденсации на нагретую подложку. Для каждого
металла существует определённая температура, при которой происходят структурные
превращения в плёнках. Удельное сопротивление является мерой неупорядоченности
решётки [170, 183]. В некоторых случаях термообработка может привести к увеличению
удельного сопротивления вследствие процессов окисления и спекания. Это увеличение
сопротивления плёнки много больше
того, которое можно было ожидать, исходя только из уменьшения толщины
проводящего участка, обусловленного окислением. Это связано с тем, что
окисление происходит по границам зерна. В случае плёнок сплавов возможно также
избирательное окисление одного из компонентов (данные Е.Дина, 1964г.). Однако,
когда окисление этого компонента завершается, более важное значение приобретает
отжиг дефектов, в результате чего сопротивление со временем начинает
уменьшаться.


Даже самый
поверхностный анализ показывает, что наиболее универсальным методом получения
функциональных конденсированных пленок высокой проводимости является испарение
и конденсация металлов в вакууме [8, 22, 25, 42, 51, 60, 135]. При этом, как
отмечено нами в [91], отличительной особенностью испарения сплавов в вакууме
является невозможность применения к ним метода суперпозиции, т.е. испарение
каждого компонента нельзя рассматривать изолированно, независимо от наличия
других компонентов [125].


В зависимости от
функционального назначения плёнок применяются различные способы испарения
сплавов в вакууме [8, 51, 125]:


- испарение конечной навески
сплава из одного источника;


- испарение сплава или одного
компонента с непрерывной догрузкой тигля сплавом или другим компонентом
(стационарное испарение);


- взрывное испарение небольших
дискретных порций сплава, непрерывно подаваемого в испаритель.


Специфика
теоретических расчетов и экспериментального исследования закономерностей
испарения и конденсации сплавов в вакууме [80, 110, 111, 130] определяет необходимость
детальной систематизации научных работ в указанном направлении. Некоторые
физико-химические аспекты технологии получения многокомпонентных конденсированных
систем обобщены и проанализированы нами в работе [190] и в следующем пункте настоящего
раздела.





2. Особенности получения многокомпонентных систем в вакууме




Технологические
процессы, основанные на испарении и конденсации металлов в вакууме [27, 120,
125, 142], получили широкое распространение в различных отраслях промышленности
как альтернатива традиционным гальваническим методам нанесения покрытий.
Преимущества вакуумной технологии заключаются, прежде всего, в экологической
чистоте процесса, высокой экономической эффективности, высокой производительности
процесса. Системный анализ этой технологии, а также конкретные примеры её
практической реализации содержатся в монографиях [60, 120, 125, 135], а также в
научных статьях сотрудников ОНАПТ (ранее ОТИПП им.М.В. Ломоносова),
опубликованных в период 60-90-х годов прошлого столетия.


Применительно
к задачам настоящей работы наибольший интерес представляют многокомпонентные
вакуумные пленки и покрытия [60], которые во многих случаях превосходят по
своим физико-химическим, электрофизическим, защитным и эксплуатационным характеристикам
аналогичные системы из чистых металлов [120, 125].


Основной
трудностью, возникающей при промышленном внедрении технологии получения
многокомпонентных функциональных покрытий, является правильный выбор способа
испарения сплавов и формирования покрытий [1, 60, 90, 91, 125, 127, 135, 190].
Выбор конкретного метода определяется задачами исследований, требованиями,
предъявляемыми к эксплуатационным характеристикам покрытий и их
физико-химическими свойствами [72, 83] и рядом других факторов.


Ретроспективный
обзор научной и научно-технической литературы в области теоретического анализа
закономерностей формирования многокомпонентных конденсированных систем [90]
показывает, что основным методом является прямое испарение готовых сплавов в
вакууме. Этот способ наиболее прост с точки зрения конструктивного решения,
широко используется в практике научных исследований и в производстве [90, 91,
190]. Впервые он был рассмотрен в работах [1, 127]. Отдельные аспекты обзоров
вошли в монографию [125]. В дальнейшем анализ работ в этом направлении поэтапно
систематизировался [54, 60, 62, 135].


Известно, что
скорость испарения чистого вещества в вакууме определяется температурой его
испарения [27, 113, 120, 142] и существенно меняется при наличии примесей. В
первом приближении при анализе закономерностей испарения сплавов в вакууме
справедлив закон Рауля [113], аналитическая запись которого для бинарного
сплава может быть представлена в следующем виде:


где p A – давление паров чистого компонента А; p – давление паров при наличии компонента В; N A и N B – число молей компонентов А и В; n B – молярная доля компонента В.


Тенденции
устанавливаемых законом Рауля в общем соблюдаются при испарении сплавов. Вместе
с тем, у всех реальных сплавов наблюдается отклонение от закона Рауля. Для
применения этого закона к реальным системам вводят коэффициенты активности (f), представляющие собой отношение реального давления паров к давлению
над идеальным раствором. При расчетах скорости испарения компонента сплава в
формулу Лэнгмюра вносят соответствующие поправки.


Из
немногочисленных экспериментальных данных удалось установить некоторые общие
закономерности. Так, по характеру испарения бинарные сплавы можно разделить на
две группы [27]. К первой группе относятся сплавы, имеющие отрицательное
отклонение от закона Рауля (f<1). Как правило, такая
закономерность наблюдается в двойных системах, в которых образуются
интерметаллические соединения или непрерывный ряд твердых растворов (например, Аg-Аu). Ко второй группе
относятся системы, имеющие положительное отклонение от закона Рауля (f>1). Это системы эвтектического типа (Sn-Zn, Al-Zn, Pb-Cd, Cd-Zn) и сплавы с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (Pb-Zn). Если же наряду с эвтектиками образуются
интерметаллические соединения (например, Аg-Аl), то знак отклонения от закона Рауля зависит от
температуры и концентрации. Отклонение от закона Рауля объясняется наличием сил
связи между разнородными атомами. Так, чем больше сила связи, тем более
отрицательное отклонение от идеального сплава. Наиболее сильные отклонения
наблюдаются для многокомпонентных систем, например, для системы Ni-Cr-Cu-Al [164, 180]. Авторами предложена физико-химическая модель испарения,
которая, однако, имеет существенные ограничения.


Сложность
построения геометрической модели испарения многокомпонентных сплавов и
проведения теоретического анализа закономерностей формирования покрытий
отмечают также авторы работы [128] на основании исследований закономерностей
испарения сплавов Si-Cr-Al-W и Si-Cr-W. Наблюдающееся отрицательное отклонение от
закона Рауля для Si можно объяснить тем, что какая-то его
часть находится в сплаве в связанном состоянии. Возможны также методические
ошибки в определении состава в отдельные моменты времени, обусловленные
наличием переходного режима в процессе разогрева испарителя. Наличие
переходного режиме было отмечено при изучении закономерностей испарения и
конденсации сплавов Pb-Sn [110].


При разработке технологии
нанесения покрытий из сплавов методом испарения и конденсации в вакууме
необходимо решать задачу обеспечения максимально возможного приближения состава
покрытия к составу испаряемого сплава. Расчеты показывают, что решению этой
задачи способствует повышение температуры испарения; при этом различие в
скоростях испарения компонентов снижается. Установлено [115, 116], что для
каждого сплава существует такая температура испарения, при которой составы
конденсата и исходного сплава практически одинаковы. Обычно эти температуры
испарения существенно выше применяемых на практике: 1200°С (Pb-Bi), 1500°С (Zn-Cd), 2200±200°С (Mg-Cd).


Отметим некоторые
экспериментально наблюдаемые особенности испарения конечных навесок сплавов.
Характерной особенностью метода испарения конечных навесок сплавов является
фракционирование, [54, 120, 140], обусловленное различием скоростей испарения
компонентов, образующих сплав. Формирующееся на подложке покрытие имеет
неоднородный состав по толщине: начальные слои обогащены легколетучим
компонентом, в последующих слоях преобладает вещество с малой упругостью паров.


Для получения
покрытия такого же состава, как и испаряемое вещество, должно выполняться
условие:


где m – молекулярная масса компонента, f – коэффициент активности компонента, р o
– давление паров чистого компонента.


Сравнение величины
 для разных материалов при
одинаковой температуре показывает, что без значительного фракционирования
испаряются двухкомпонентные сплавы из металлов только двух групп [142]: Al, Cr, Cu и Fe, Au, Ti, Ni.


В общем случае при
испарении из одного тигля состав покрытия отличается от состава сплава в
испарителе, но однозначно определяется им. Подробный теоретический анализ
испарения бинарного сплава из одного источника приведен в работах [74, 115,
120, 125, 140]. Основным и наиболее важным выводом приведенных расчетов
является то, что существует теоретическая возможность получения заданного
состава в покрытии, если испарять не всю навеску, а только 5-10% содержимого
тигля. Получению стабильного состава покрытия способствует также повышение
температуры испарения.


При исследовании
испарения конечных навесок сплавов наблюдается аномальное испарение отдельных
компонентов. Так, при испарении сплава Al-Mg-Zn [116] в конденсате
обнаружено повышенное содержание Al, в сравнении с
теоретическим расчетом, а при быстром испарении сплава Pb-Zn в конденсатах содержится до 50% Pb. Ряд
исследователей [103, 109, 115, 116, 189] объясняют отклонение от закона Рауля
недостаточной скоростью диффузии легколетучего элемента из объема к поверхности
испарения и обеднения, вследствие этого, поверхности легколетучим компонентом.
Приближенная оценка влияния диффузии в расплаве на характер испарения приведена
в работе [189], точное решение уравнения диффузии легколетучего компонента к
поверхности при испарении сплава получено в работе [129].


Аномальное
испарение нелетучего компонента, обусловленное недостаточной скоростью диффузии
легколетучего компонента к поверхности расплава, связано с температурным
режимом испарения. Например, при интенсивном режиме испарения сплава Pb-Sn [109] (температура испарения 1100°C) в
начальной стадии сплав удовлетворительно подчиняется закону Рауля, однако в
дальнейшем наблюдается аномальное испарение Sn, хотя
данная система в целом хорошо соответствует идеальному сплаву (f Pb »f Sn »1). Ориентировочный
расчет коэффициента диффузии Рb в расплаве показывает, что
вблизи поверхности существует градиент концентрации. Если же температура
испарения сплава Рb-Sn составляет
1500-1700°С [110], то экспериментальные и теоретические кривые кинетики
фракционирования практически совпадают. Достаточным условием устранения
аномального испарения труднолетучего компонента является конвективное
перемешивание расплава в тигле, что обеспечивается небольшой глубиной тигля по
сравнению с поверхностью испарения и небольшой скоростью испарения.


Фракционирование,
характерное для метода испарения конечных навесок, в большинстве случаев
является вредным явлением, от которого на практике стараются избавиться.
Однако, в последнее время появились работы, описывающие положительные стороны
фракционирования. Так, авторы работ [29, 182], рекомендуют метод испарения конечной
навески сплава для контролируемого легирования полупроводников.


В целом, можно
сказать, что точные теоретические расчеты испарения сплавов в вакууме возможны
только для ограниченного числа двойных систем. Холлэнд [142] и Дэшман [27]
считают, что хотя закон Рауля и дает возможность сделать приближенные полуколичественные
оценки закономерностей испарения реальных систем, однако истинное поведение
сплавов при их испарении в вакууме следует изучать только экспериментально,
анализируя составы конденсатов и тигля в различные моменты времени.
Практические методы изучения фракционирования анализируются в [90, 190].





3. Расчеты режимов испарения конечных навесок сплавов




Метод испарения
конечных навесок, с точки зрения конструктивного решения, является одним из
наиболее простых способов получения вакуумных покрытий из сплавов, однако
теоретический анализ закономерностей процесса выполняется различными исследователями
по-разному. Один из первых расчетов выполнен Цинсмейстером [189]. Недостатком
расчетов является отсутствие аналитических выражений для кинетики фракционирования
и распределения компонентов по толщине покрытия, но именно эти параметры имеют
важное практическое значение. В частности, распределение компонентов по толщине
покрытий оказывает существенное влияние на технологические и эксплуатационные
свойства покрытий.


Авторами [54, 60, 135] впервые был предложен новый
метод расчета фракционирования бинарных систем при испарении в вакууме конечных
навесок. Суть метода заключается в следующем. Пусть в момент времени t=0 в
тигле находился бинарный сплав с весомым содержанием компонентов m 10 и
m 20
(расчеты приведены к единичной
поверхности испарения). В произвольный момент времени t в
тигле остается m 1 и m 2 г/см 2 каждого компонента, соотношение которых будет
отличаться от первоначального соотношения m 10 и m 20 . За время dt с учетом выражения для скоростей испарения [27], убыль
массы каждого компонента определится следующим образом:


где m 1 и
m 2 – молекулярные (атомные)
массы компонентов; и – упругости паров чистых
компонентов при температуре Т; n 1 (t) и n 2 (t) – молярные доли компонентов; f 1 и f 2 – коэффициенты активности компонентов в сплаве; к – постоянный
коэффициент, зависящий от выбора системы единиц. Если и выражены
в мм рт.ст., то к = 0,0585, если в Па – то к = 7,7×10 4 .


Расчёты кинетики
фракционирования [60, 135] с использованием системы уравнений (1.4) позволяют судить о
распределении компонентов сплава по толщине покрытия. Этот параметр является
основной характеристикой функционального покрытия, определяя его электрические,
физические и эксплуатационные свойства. Задача об изменении состава покрытия
как функции времени и о
распределении состава по толщине покрытия решена в работе [140] в
предположении конвективного перемешивания расплава в тигле [110] и
фиксированной температуре испарения. Аналитические выражения


,                                               (1.5)


                                                  (1.6)


позволяют
определить содержание легирующего компонента в покрытии в произвольный момент времени t и
оценить распределение легирующего компонента по толщине покрытия h (отн.ед.) при полном испарении навески. Постоянные , , и
 определяются
термодинамическими свойствами компонентов сплава и геометрией испарения [60,
135].


Данная методика
применима к любому бинарному сплаву при условии выполнения закона Рауля. Она
может быть распространена и на системы с числом компонентов более 2-х [76].
Основное её ограничение - предположение о равенстве единиц
коэффициентов активности всех
компонентов сплава.


Схема расчетов, для двойных систем, может быть распространена и на
системе с числом компонентов больше двух. В общем виде задача об изменении
состава покрытия во времени решена в работе [45].


Приведенные в работе [45] общие формулы в частном
случае при n=2 совпадают
с формулами [140] с точностью до коэффициента активности.


Результаты теоретических расчетов фракционирования и
распределения состава по толщине покрытия, предложенные в работах [45, 140],
можно использовать при анализе систем, слабо отклоняющихся от идеальности
(например, Fe-Cr [174, 185], Pb-Sn [110]
и др.), либо при отсутствии данных об активности компонентов в сплаве. В том
случае, когда активности
компонентов в сплаве известны или их определение не представляет практических
трудностей, можно рекомендовать методику расчета фракционирования, предложенную
авторами работ [30, 78, 112] и использованную ими при изучении закономерностей
испарения сплавов Cu-Al. Выведенные формулы связывают, в общем виде,
состав конденсата с составом расплава в любой произвольно выбранный промежуток
времени из полного цикла испарения. Полный цикл испарения разбивается на i интервалов; в течение каждого из которых
коэффициенты конденсации a A , a B и
коэффициенты активности f A и f B определены и постоянны (рассматривается
бинарный сплав).


Анализ метода расчета фракционирования бинарных
систем, предложенного в [30, 78, 112], показывает его несомненные преимущества
при изучении закономерностей испарения
двойных систем, для которых известны коэффициенты активности f.
Методика может быть успешно применена и при анализе испарения “идеальных”
систем. Недостаток данного методического подхода к решению задачи о
фракционировании заключается в том, что для систем с числом компонентов более
трех вывод расчетных формул сложен и в настоящее время отсутствует [190].


Можно сказать, что методы расчета фракционирования
многокомпонентных систем при испарении конечных навесок, приведенные выше, дают
возможность решить практически все задачи, возникающие при изучении испарения и
конденсации сплавов в вакууме. Применение того или иного метода определяется
задачами исследования, необходимой точностью определения изучаемых параметров,
наличием данных о термодинамической активности компонентов в расплаве.


Из других методов решения аналогичных задач следует
отметить работу [2]. Авторы получили в неявном виде зависимость концентрации
компонента в тигле от времени и начальных условий. Уравнение, показывающее,
каким должно быть отношение скоростей испарения чистых компонентов U, чтобы
при заданных начальных условиях покрытие имело необходимый состав и толщину, записывается
в виде:


где М' – масса конденсата, М 0 – начальная
масса сплава в испарителе, с 01 – исходная концентрация компонента в
испарителе, с' 1 – необходимая концентрация компонента в покрытии.


Авторы [60, 126] отмечают, что формула (1.7) имеет
ограниченное применение, так как отношение скоростей испарения чистых
компонентов почти не зависит от температуры, что затрудняет выбор режима
испарения. Если же подставить действительное отношение скоростей испарения
компонентов при различных температурах, то уравнение (1.7) для ряда двойных
систем (например, Cu-Zn) не решается ни при каких начальных условиях. Применение соотношения (1.7)
ограничивается сплавами, компоненты которых мало отличаются по скоростям
испарения (например, система Ag-Au). Именно для такого сплава авторы работы [2] провели экспериментальную
проверку предложенного ими метода расчета.
Данных об активности компонентов в двойных системах в
литературе довольно мало. В табл. 1.1 приведены данные об активности цинка
в медно-цинковых сплавах [27], из которых видно, что в диапазоне значений n более
0,8 значения f совпадают
со значениями n и,
таким образом, сплавы этих составов при их испарении в вакууме подчиняются
закону Рауля. В области малых концентраций цинка имеет место отрицательное
отклонение от закона Рауля.


Авторами работы [78] определены значения активности
компонентов в расплаве системы Cu-Al. Приведенные ими данные по составу
конденсатов и соответствующих им расплавам использованы для определения
активности меди в жидких расплавах Cu-Al графическим
интегрированием уравнения:


Значения c, n, a и f для медно-цинковых сплавов при 727 °С


Весовая концентрация (% по массе), с

Активность меди рассчитывалась по площади,
ограниченной кривой зависимости с поправкой на молекулярные массы компонентов.
Затем, по значениям активности меди, рассчитывался коэффициент активности . Коэффициент активности алюминия
в сплавах Сu-Аl определялся
по коэффициенту активности меди графическим интегрированием известного
уравнения Гиббса-Дюгема, для данной системы имеющего вид:


Возможность графического определения величины этого
интеграла доказана в работе [26], так как величина f Al всегда конечна. Результаты экспериментов работы [30] и сопоставление
их с экспериментальными данными других исследователей [187] показывают, что
значения активности меди в сплавах с содержанием алюминия более 10 вес.% не
совпадают: по данным [30] активность меди в расплавах выше. Объясняют этот
эффект [78] взаимодействием части алюминия с материалом испарителя с
образованием тугоплавких соединений и снижением содержания алюминия в расплаве.


Данные об активности алюминия в сплавах Сu-Аl могут быть использованы для расчета режима
стационарного испарения (см. п. 1.4) при нанесении покрытий на
полосовые материалы в непрерывном или полунепрерывном режимах металлизации [60,
125, 135].


Авторы работы [45] определяли коэффициенты активности
несколько иным методом. Для двойных систем нетрудно получить, что


,                   
Похожие работы на - Современное состояние исследований в области функциональных конденсационных покрытий высокой проводи... Дипломная (ВКР). Физика.
Реферат: Иоганн Рюйсбрук
Прочитайте Темы Сочинений Что Их Объединяет
Курсовая работа: Разработка событийного туризма в Бразилию
Курсовая работа по теме Исследование смысложизненных ориентаций молодежи
Реферат: Нормативне визначення організованої злочинної діяльності теоретичне та практичне значення
Реферат по теме Алгоритмизация и програмирование
Реферат по теме Неотложные состояния в эндокринологической практике
Реферат: Теоретическая поэтика А.А. Потебни. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая Работа На Тему Практика Взаимодействия Районных И Окружных Органов Власти
Реферат По Теме Плавание
Реферат: Характеристика сметани
Реферат: Формирование стратегии деятельности предприятия коммерческой организации
Реферат по теме Простые суждения
Реферат: Комплекс утренней гимнастики
Характеристика По Практике С Предприятия На Студента
Отчет по практике по теме Организация производственного процесса
Контрольная работа: Создание Самарской губернии. Губернская администрация. Константин Карлович Грот
Курсовая Работа По Педагогике В Детском Саду
Контрольная работа по теме Денежно-кредитное регулирование
Реферат по теме Застосування системного підходу та системного аналізу в юридичному дослідженні
Сочинение: В чем своеобразие любовной темы в лирике А. С. Пушкина
Курсовая работа: Аналіз фінансової привабливості підприємств
Реферат: Атмосфера 2