Исследование механизмов электрического сопротивления в твердых растворах Sm xmn 1-Xs с переменной валентностью Текст научной статьи по специальности «Физика»

силового воздействия перемещающихся внутри стакана шариков оксидная пленка на частицах алюминия разрушается, и освобождающийся алюминий «намазывается» на поверхностях стакана и шариков. Разрушение оксидной пленки на алюминиевом порошке в результате его обработки в шаровой мельнице было установлено и в работе [4], что авторы также объяснили ее хрупкостью.

На втором этапе в стакан мельницы, плакированный оксидом алюминия, загружали те же шарики (также плакированные оксидом алюминия) и композицию «сечка» + НП ТШ в различном их соотношении. Обработку композиции производили в течение 5 мин при 400 об/мин.

Обработанную композицию прессовали в пруток разного диаметра при усилии прессования 20...23 тонны. При этом соотношение «сечка» + НП Т1М в пределах 40/44 : 1, оказалось оптимальным. При этом содержание НП Т1М в прутке составляло порядка 2,4.2,5 %, что в среднем на 31 % больше, чем содержат прутки (1,8.1,9 % НП), изготовленные без смешивания частиц алюминия и НП Т1М в планетарной мельнице. Из этого следует, что при модифицировании алюминиевых расплавов потребуется примерно на 30 % меньше прутка, что особенно важно при литье многотонных слитков.

По такой же технологии готовили композицию алюминиевый порошок + НП ТЫ, из которой по описанной выше технологии прессовали прутки. При этом оптимальным соотношением этих компонентов оказалось равным 1 : 12, т. е. содержание НП Т1М в прутке составило порядка 7,7 %, что в еще большей степени позволяет уменьшить массу вводимого в расплав прутка.

Тест на эффективность модифицирующего воздействия прутков с повышенным содержанием НП ТЫ", отпрессованных как с алюминиевой сечкой, так и с алюминиевым порошком проведенный при литье сплавов АК7ч и АК12, показал требуемую степень измельчения структуры, идентичную структуре, полученной при модифицировании прутком с меньшим содержанием НП ТЫ, изготовленным с предварительным смешиванием композиции алюминиевые

гранулы + НП TiN. Механические свойства сплавов, модифицированных теми и другими прутками, также практически не отличались.

Возможность увеличения содержания НП в прутках, очевидно, можно связать только с предварительной обработкой прессуемых композиций в планетарной мельнице, в процессе которой происходит, так называемая «механоактивация» [5] обрабатываемых материалов - это процесс активирования твердых веществ механической обработкой, в данном случае шарами. Аналогичный вывод был сделан по результатам механоактивационнной обработки порошка вольфрама в вариопланетарной мельнице Pulverizette в гарнитуре из WC [6].

Библиографические ссылки

1. Упрочнение металлических, полимерных и эла-стомерных материалов ультрадисперсными порошками плазмохимического синтеза /М. Ф. Жуков, И. Н. Черский, А. Н. Черепанов, Г. Г. Крушенко и др. Новосибирск : Сиб. изд. фирма РАН, 1999.

2. Крушенко Г. Г. Модифицирование доэвтекти-ческого алюминиево-кремниевого сплава нанопорош-ком нитрида титана при литье сложнонагруженных деталей транспортного средства // Технология машиностроения. 2008. № 11. С. 5-7.

3. Xin Shi-Gang, Song Li-Xin, Zhao Rong-Gen, Hu Xing-Fang Properties of aluminium oxide coating on on aluminium alloy produced by micro-arc oxidation // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 199. Issues 2-3. P. 184-188.

4. Шеламов В. А., Литвинцев А. М. Физико-химические основы производства полуфабрикатов из спеченных алюминиевых порошков. М. : Металлургия, 1970.

5. Бодырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических веществ. Новосибирск : Наука, 1983.

6. Пименова Н. В. Порошки вольфрама, полученные различными способами // Технология металлов. 2011. № 2. С. 25-27.

© Фильков М. Н., Мишин А. А., Крушенко Г. Г., 2011

УДК 539.21:537.86

А. М. Харьков Научный руководитель - С. С. Аплеснин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ 8шхМп1-х8 С ПЕРЕМЕННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ

Проведено исследование механизмов электрическог менной валентностью в интервале температур 80К <

Редкоземельные ионы, в зависимости от типа валентности Яе3+ или Яе2+ могут располагаться в валентной зоне или вблизи уровня Ферми, что определяет электронные свойства, влияющие на люминесценцию и проводимость соединений. Двухвалентный

сопротивления в твердых растворах SmxMn1-xS с пере' < 300 К для составов х = 0,15; х = 0,2; х = 0,25.

ион самария 8ш2+ имеет изоэлектронную конфигурацию Еи3+ и энергию перехода Би = 0,4 еУ из состояния 416 - 41'5(6Н)5&2б [1]. Ширина щели Её между валентной зоной и зоной проводимости в 8ш8 немного меньше, чем в Мп8. Под действием давления сопро-

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

тивление, объем и магнитная восприимчивость в 8ш8 уменьшаются на порядок соответственно: объем на 13 %, восприимчивость на 60 % при Р = 6,5 кЬаг [2], что связывается с переходом иона самария из 8ш3+ в двухвалентное состояние.

Е

о

*

Е 20-О

100

200 T(K)

300

Рис. 1. Зависимость сопротивления от температуры для образца SmxMn1-xS с х = 0,25

Электросопротивление синтезированных SmxMn1-xS образцов измеряли четырехзондовым методом при температурах 80-300 К. Электрическое сопротивление для х = 0,25 в SmxMn1-xS оказывает линейную зависимость с отклонением от него вблизи температуры Нееля. Это связано с рассеянием электронов с акустическими фононами в результате их электронного взаимодействия. Теория Блоха предсказывает линейную зависимость сопротивления от температуры R(T) / R(0) = (T / 0) при Т > 2/30, где 0 - температура Дебая. Зависимость R(T) / R(0) = (T/0)5 при низких температурах T << 0 [3]. Наши результаты R(T) лежат на линейной зависимости в T > 180 K > 2/30 = 180 K. Температура Дебая может быть определена из соотношения сопротивления при высоких и низких температурах 0 = Tl[498Tl / ThRL / Rh]1/4. Это невозможно выполнить для SmxMn1-xS соединения, поскольку магнитное рассеяние превышает рассеяние фононов при следующих температурах Т < 180 K. Максимум сопротивления объясняется рассеянием электронов на малых расстояниях ферромагнитного порядка.

Согласно формуле р ~ m / ne2T ~ mkBT / ne2T при T >> 0D, т. е. при высоких температурах вклад элек-трон-фононного взаимодействия является основным процессом рассеяния.

B твердом растворе SmxMn1-xS с х = 0,2 наблюдается максимум в температурном поведении сопротивления при Т = 100 К с уменьшением величины сопротивления практически на порядок при понижении температуры. При T > 125 K сопротивление имеет активационный характер с энергией Ea = 0,12еУ, найденной из зависимости: lnp = -0,9 + 1250 / T.

При малой концентрации ионов Sm осуществляется проводимость по примесям, величина которой зависит от степени компенсации полупроводника. Электроны перемещаются в случае проводимости по примесям от занятого донора к незанятому путем термически активированных перескоков с энергией активации Ea. Основная часть этой энергии возникает из-за разности в энергиях обменного взаимодействия спинов вблизи пустого и занятого примесных состояний.

В ферромагнитной области эта энергия активации исчезает, так как 4 Оспины упорядочиваются, и проводимость становится или металлической, или обычной прыжковой проводимостью, определяемой локальными флуктуациями статического потенциала в решетке, обусловленными дефектами заряда.

Температурная зависимость сопротивления для твердых растворов с разными концентрациями показана на рис.2. Можно четко видеть постепенное изменение температурной зависимости сопротивления, которое может быть разделено на две области: первая простирается от 80 до 220 К, а вторая занимает диапазон 220-300 К. Начиная с 220 К сопротивление возрастает с увеличением температуры. Это может быть объяснено с помощью процесса электронов между 8ш2+ и 8ш3+ занятые в пустые 5^уровни тепловых прыжков с энергией активации Еа. Основной вклад в результаты Еа энергию из разницы в энергиях местных взаимодействий и деформаций упругой системы вблизи иона самария. Это приводит к потенциальным колебаниям при диагональном беспорядке в модели Андерсона.

50 100 150 200 250 300

1612

5 8

0

2,5x10

50 100 150 200 250 300 T (K)

50 100 150 200 250 300

150 200 Т (К)

Рис. 2. Зависимость сопротивления от температуры для образцов 8шхМп1-х8, с составами х = 0,15 (а) и х = 0,2 (Ь)

Проводимость по примесям будет осуществляться как диффузионный процесс, и дрейфовая подвижность определится выражением: и = и0ехр(-Еа / квТ), где и0 = е12юрь / (квТ); юрЬ - частота перескоков, равная частоте фононов, 1 - расстояние между донорами (ионами самария), что является приблизительно равной: 1 = х1/3а. Используя классическое приближение для проводимости с = епи = пе2ИюрЬ / 12ИаквТехр(-Еа/квТ) и экспериментальные результаты, определим концентрацию п и энергию активации Еа. На рис. 2, а приведены температурные зависимости проводимости для п = 0,1, Еа = 410К (2), п = 0,01, Еа = 183К (3). Теоретические зависимости сопротивления от температуры

4

0

моделируется р = 1 / с = 1 / епи и для двух подгоночных параметра: концентрация 5^электронами (п) и Еа - энергия активации при фиксированной фононной частоте Юр = 100К. Максимальная интенсивность фо-нонов наблюдается вблизи границы зоны Бриллюэна. Частота акустических фононных мод в точке X является 66 сш-1 в 8т8 [4] и оптической моды 100 сш-1 в Мп8 [5], что доказывает справедливость величины юр в наших моделированиях. Наилучшее согласие с экспериментальными результатами достигается при п = 0,01, Еа = 186К, 1 = 1нм.

Библиографические ссылки

1. Suryanarayanan R., Smirnov I. A., Brun G., Shul'man S. G., JournaldePhys., 37. 1976. C. 4-271,

2. Kaneko T., Ohashi M., Abe S., Yoshida H. Physica, 86-88B, 224. 1977.

3. Blatt F. J. Physics of electronic conduction in solids. 470. 1968.

4. Prafulla K. Jha, Sankar P. Sanyal, Singh R. K. PINSA. 2002. С. 57-68,

5. Aplesnin S. S., Aldashev I. A., Krylov A. S., Yuziphovich A. A., O. B. Romanova, L. I. Ryabinkina. IV Euro-Asian Symposium "Trend in MAGnetism": Nano-spintronics, 185, EASTMAG, 2010.

© Харьков А. М., Аплеснин С. С., 2011

УДК 629.015

М. М. Хуснуллина Научный руководитель - С. Ф. Тлустенко Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (национальный исследовательский университет), Самара

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ТЕРМОФИКСАЦИИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Рассматриваются вопросы влияния температурных и деформационных режимов обработки металлов и их сплавов для получения наиболее оптимальных по механическим свойствам мелкодисперсных структур.

Одним из способов получения нанокристалличе-ских материалов является рекристаллизационный отжиг интенсивно деформированных металлических сплавов в холодном состоянии [1].

Холодная пластическая деформация металлов и их сплавов сопровождается упрочнением (наклеп, нагар-товка). Снятие нагартовки при различных степенях предшествующей деформации сопровождается последующим рекристаллизационным отжигом, в результате которого отмечается рост зерна и возврат пластических свойств металла.

Однако исследования, проводимые нами, показывают, что существует альтернативный способ восстановления (возврата) пластических свойств металла, заключающийся в смене знака пластической деформации при следующей обработке на противоположный. Например, сжатие - на растяжение или растяжение на сжатие. В результате происходит разупрочнение (эффект Баушингера) и восстановление пластических свойств металла. Поэтому только знакопеременное деформирование позволяет достичь высоких степеней деформаций, недоступных традиционным методам обработки металлов давлением. При значительной деформации зерна вытягиваются в сторону пластического течения. Образуется волокнистая структура, которая называется текстурой деформации.

При последующем нагреве (0,3-0,3 5)Тпл, она распадается на субзерна размером меньше исходных (до интенсивной пластической деформации (ИПД)). Этот процесс называется стабилизирующей полигонизаци-ей (термофиксация величины зерна). После формирования субзернистой структуры рекристаллизации не происходит, т. е. размер зерна сохраняется при даль-

нейшем нагреве почти до температуры плавления металла. При последующем знакопеременном деформировании также можно получить волокнистую структуру и, нагрев металл до температуры (0,3-0,35)Тпл, получить еще более мелкое зерно, а металл с более уникальными свойствами [2], позволяющими реали-зовывать технологии получения точных заготовок вырезкой или другими способами. Предложена новая технология, заключающаяся в использовании холод-нодеформированного прутока 0 40 мм, который осаживался методом торцевой раскатки до 0 120 мм (степень деформации: относительная е = 89 %, логарифмическая е = 220 %) (рис. 1).

Исходную заготовку (пруток) предварительно подвергли рекристаллизационному отжигу. Металлографические исследования показали, что размер зерна прутка не превышал 0,20 мм по шкале ГОСТ 21073.173. По шкале ГОСТ 21073.1-75 это соответствует 0 или 1 баллу (рис. 2). В результате сочетания ИПД и термофиксации величины зерна был получен балл зерна 1012 (рис. 3), что на 2 балла меньше, если бы пруток не подвергался рекристаллизационному отжигу.

«

Рис. 1. Осадка прутковой заготовки