Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

КОНТАКТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ВИСМУТА С ТВЕРДЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Антонова Л.Т. Денисов В.М. Мазняк Н.В. Инякин А.В.
Соединения на основе оксида висмута привлекают внимание исследователей благодаря их свойствам. Последние в существенной мере определяются как условиями их синтеза, так и чистотой. При получении монокристаллов оксидных соединений на основе Bi2O3 используют платину, которая попадает в расплав при его контактном взаимодействии со стенками тиглей из-за высокой химической активности расплавленного оксида висмута. Поэтому исследование контактного взаимодействия в системах на основе Bi2O3 представляет как практический, так и научный интерес.

В экспериментах использовали метод лежащей капли. Опыты по смачиванию вели на воздухе или в инертной атмосфере (аргон). При совместном нагреве образца и подложки.

Установлено, что жидкий Bi2O3 при температуре своего плавления полностью растекается по подложке из серебра. Это можно было ожидать, т.к. в системе Ag- Bi2O3 на воздухе образуется эвтектика, смещенная в сторону Bi2O3. В тоже время на Pt и Pd оксид висмута при своей температуре плавления образует конечные краевые углы смачивания в 33 и 28 градусов соответственно. На подложке Pt + 5 % Rh оксид висмута ведет себя так же, как и на чистой платине.

Застывшая пленка Bi2O3 после растекания по Ag имеет зеленоватый оттенок. Согласно рентгенофазового анализа она имеет структуру силленита. Проведенный нами анализ Bi2O3 после его контакта с Ag показал, что в нем содержится 4,8 ± 0,2 мас. % Ag.

Изменение цвета оксидной фазы и выпадение корольков висмута после контакта расплава Bi2O3 с Ta, Nb, W, Mo и Zr в инертной атмосфере происходит в течение нескольких минут вследствие протекания химической реакции. На основании этого было заключено о бесперспективности использования таких металлов в качестве тигельного материала для расплавов на основе Bi2O3.

Растекание расплавов Bi2O3-CuO на воздухе по Ag при температурах ликвидуса этой системы происходит достаточно быстро. В этом случае образуются малые краевые углы смачивания.

Анализ оксидов Bi2O3-CuO после их контактного взаимодействия с серебром свидетельствует о том, что с ростом содержания в расплавах CuO концентрация в них Ag уменьшается:

CCuO, мол. %

0

3

6

12

15

20

CAg, мас. %

4,8

4,0

4,2

3,8

3,7

3,3

На основании полученных результатов по взаимодействию расплавов Bi2O3-CuO с твердым серебром можно заключить, что в таких системах реализуется хорошая адгезия расплав - твердое.

Смачивание Ag расплавами Bi2O3-ZnO изучали на воздухе при содержании 4, 8, 12 и 14 мол. % ZnO при температурах ликвидуса. Растекание в данной системе характеризуется малыми углами смачивания и протекает за более короткое время, чем в системе Bi2O3-CuO. Изменение краевых углов смачивания во времени происходит практически для всех исследованных составов Bi2O3-ZnO. Можно допустить, что скорость растекания последних расплавов по подложке Ag лимитируется процессами, происходящими на периметре смачивания (возможно химической реакцией), а не процессами диффузии компонентов к зоне реакции, т.е. имеет место кинетический механизм растекания. Значение конечного краевого угла смачивания монотонно уменьшается с увеличением содержания ZnO в расплавах. На кривой Q = f(CZnO) нет различного рода экстремумов. Это согласуется с тем, что в данной области концентраций на диаграмме состояния системы Bi2O3-ZnO нет устойчивых соединений.

Смачивание подложки из монокристаллического кремния Si (111) жидким оксидом висмута при температуре плавления последнего изучали двух условиях: на воздухе и в инертной атмосфере.

На воздухе система Bi2O3-Si ведет себя подобно Bi2O3-SiO2, т.е. смачивание характеризуется образованием тонкой пленки, но уменьшение Q происходит за время большее, чем в системе Bi2O3-SiO2. Такое явление может быть связано с образованием оксидной пленки на поверхности кремния в процессе экспериментов на воздухе. Поэтому в конечном итоге растекание Bi2O3 происходит по тонной пленке SiO2, а не поверхности кремния.

В инертной атмосфере растекание Bi2O3-SiO2 по Si происходит более медленно. При контактном взаимодействии оксид висмута вступает в химическую реакцию с кремнием, который восстанавливает его до металла. На образце после проведения эксперимента отчетливо видны капли металлического висмута. Данное явление подобно тому, что наблюдали при взаимодействии жидкого Bi2O3 с рядом металлов.

Смачивание монокристаллического Ge (111) расплавом Bi2O3 исследовали на воздухе. Полученные результаты подобны таковым для системы Bi2O3-Si. Это объяснено схожими условиями проведения эксперимента: наличие оксидной пленки на поверхности германия, а также возможностью образования соединений Bi2O3 с GeO2.

На основании изложенного выше можно заключить, что расплавы на основе Bi2O3 характеризуются сильной адгезией как металлам, так и к полупроводникам.


Библиографическая ссылка

Антонова Л.Т., Денисов В.М., Мазняк Н.В., Инякин А.В. КОНТАКТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ВИСМУТА С ТВЕРДЫМИ МЕТАЛЛАМИ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 10. – С. 75-76;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=23678 (дата обращения: 21.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074