Модификация структуры и свойств соединений InSb, MnBi сверхбыстрой закалкой из расплава тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

белорусский государственный университет

РГб од

удк 548.5:669.76 3 ® янй 2001?

Русакова София Викторовна

МОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ и свойств СОЕДИНЕНИЙ 1п8Ь , \JnBi СВЕРХБЫСТРОЙ ЗАКАЛКОЙ ИЗ РАСПЛАВА

01.04.07 - физика твердого тела

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Минск 2000

Работа выполнена в Белорусском государственном университете

Научный руководитель - доктор физико-математических

наук, профессор

Шепелевич Василий Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Федотов Александр Кириллович

кандидат физико-математических наук Шадров Владимир Григорьевич

Оппонирующая организация - Институт прикладной физики НАН

Беларуси

Защита состоится 09 февраля 2001 г. в 14.00 на заседании совета по зашите диссертаций Д02.01.16 при Белорусском государственном университете по адресу: 220050, г.Минск, пр.Ф.Скорины, 4 ауд.206 гл. корпуса: тел.226-55-41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан "_5_ " января 2001 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, кандидат физико-математических наук

/У

В.Ф.Стельмах

К130 436А. Р

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В последнее время в физическом и прикладном материаловедении усиливается интерес к методам получения материалов в экстремальных условиях сверхбыстрой закалки из расплава. При быстром охлаждении расплавов резко расширяются области гомогенности образующихся твердых растворов, выявляются новые кристаллические фазы, не встречающиеся в, соответствующих сплавах, при медленном охлаждении расплавов, в ряде случаев формируются метастабильные фазы, удается перейти в аморфное " состояние, наблюдается измельчение структурных составляющих и т.д. Это открывает возможности повышения качества известных материалов, позволяет придать материалам, новые свойства, недостижимые при равновесных условиях кристаллизации.

В последние годы начались активные исследования, посвященные получению методом сверхбыстрой закалки из расплава интерметаллических соединений. Анализ публикаций показывает, что, в зависимости от условий сверхбыстрой закалки из расплава, полученный материал находится в различных структурно-фазовых состояниях. При этом инконгруэнтные соединения могут формироваться непосредственно из жидкой фазы, минуя перитектическую реакцию, а также может наблюдаться образование промежуточных метастабильных фаз. Структура конгруэнтных соединений, образующихся в с^льнонеравновесных условиях непосредственно из расплава, также может изменяться в широких пределах при различных,условиях сверхбыстрой закалки из расплава. Однако до настоящего времени отсутствуют систематические экспериментальные данные но влиянию таких параметров закалки, как температура расплава на структуру и свойства интерметаллических конгруэнтных и инконгруэнгных соединений.

Выбор в качестве объекта исследований интерметаллического конгруэнтного , соединения антамонида индия и инконгруэнтного интермегаллического соединения марганец висмута обусловлен возможностью их совместного использования в устройствах, работающих на гальваномагнитных эффектах. В этих устройствах фольги 1пБЬ используется в качестве материала для датчиков Холла. Миниатюризация чувствительных элементов датчиков Холла открывает перспективу создания малогабаритных устройств на их основе, что влечет за собой необходимость использования

г

высокоэнергетичных магнитных материалов. К таким материалам относятся в первую очередь постоянные магниты на основе интерметаллических соединений 8тСо5 и МпШ. С другой стороны, известно, что хорошие магнитные свойства этих веществ достигаются за счет высокой коэрцитивной силы. Последняя может быть увеличена при уменьшении размеров зерна материала, что часто обеспечивается при сверхбыстрой закалке нз расплава.

--■Несмотря на большой объем исследований, посвященных синтезу и изучению свойств материалов, полученных сверхбыстрой закалкой из расплава, в настоящее время заложены только основа понимания процессов, • • протекающих при сверхбыстрой кристаллизации, которые не позволяют однозначно предсказать, какие структуры будут сформированы из - соответствующего расплава. Существующие немногочисленные данные по структуре быстрозатвердевшего соединения МпВ) у разных авторов расходятся из-за того, что условия получения сильно отличаются как скоростью закалки, так и температурой расплава. К началу выполнения работы существовали единичные сообщения об успешной попытке синтезировать соединение 1пБЬ путем сверхбыстрой закалки из расплава. Однако процессы электр олереноса в быстрозатвердвеших фольгах ЬБЬ до сих пор, насколько известно, изучены не были. Кроме того, с точки зрения практического применения, актуальность проведения исследований в этой области обусловлена необходимостью установления оптимальных режимов получения' технически важных материалов.

Связь работы с научными программами. Работа проводилась в рамках следующих программ и проектов: «Разработка и исследование магнитных систем датчиков для адаптации промышленных роботов», хоздоговорная НИР БГУ - НПО «Гранат» (№ 05825), 1983-1985 г.г.; «Исследование, разработка и создание преобразователей контроля технологических параметров процессов литья под давлением для робототехнических комплексов», хоздоговорная НИР №05898, 19861987 г.г.; «Исследование, разработка и создание преобразователей вращения и положения для технологического оснащения робототехнических комплексов», хоздоговорная НИР № 05821, 19881989 г.г.; «Исследование процессов формирования структуры и фазового состава пленок сложных оксидов и фольг антимонидов», Министерства образования Республики Беларусь (проект № 769/05), 1996-1999 г.г.; «Исследование влияния термодинамически сильнонеравновесных условий кристаллизации на структуру и процессы переноса в материалах системы », Белорусского

республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф98-054), 1999-2001 г.г.

Целью исследований являлось установление закономерностей влияния параметров сверхбыстрой закалки из расплава на структуру и свойства ингерметаллических соединений 1п5Ь и МпВ), оптимизация условий получения фолы для разработки на их основе твердотельных преобразователей.

Для достижения поставленной цели решались следующие научные задачи:

- исследование структуры фольг соединений 1пБЬ и МпВ1, полученных методом сверхбыстрой закалки из расплава при различных температурах расплава и скоростях вращения барабана.

- определение влияния изохронного и изотермического отжига на структуру и свойства фольг антимонида индия и марганец висмута.

- изучение процессов электропереноса в фольгах антимонида индия и влияния на электрические свойства донорной примеси.

- исследование магнитных характеристик быстрозатвердевших фольг МпВ1

- разработка датчиков Холла из быстрозатвердевших фольг антимонида индия, исследование их технических характеристик, а также изготовление на их основе преобразователей механических величин в электрический сигнал.

Объектом исследования являлись фольги сплавов системы Мп-В1 и соединения 1п5Ь>; полученные методом сверхбыстрой закалки из расплава.

. Предметом исследований являлись структура и магнитные свойства фольг сплавов системы Мп-В:г и структура и электрофизические свойства фольг ГпБЬ.

В качестве методов исследования были использованы: рентгенострукгурный анализ - для определения фазового состава и изучения фазовых превращений в фольгах при отжиге; электронная просвечивающая микроскопия - для изучения структуры тонких слоев фольг, прилегающих к кристаллизатору; реттеноспектралышй микроанализ - для изучения распределения компонентов; растровая электронная микроскопия для анализа топографии • поверхностей и излома фольг; - металлографические исследования - для установления зеренной структуры фольг; оптическая спектроскопия - для определения ширины запрещенной зоны; измерение гальваномагнитных, электрических и магнитных характеристик.

+

Научная новизна и значимость полученных результатов

состоит в следующем:

1. Впервые выявлено различие в закономерностях влияния температуры расплава на структуру и свойства инконгруэнтных (МпВО и конгруэнтных (ГпБЬ) интерметаллических соединений: фазовый состав и магнитные свойства фольг МлШ зависят от температуры расплава, а структура фольг 1п8Ь и их электрофизические свойства от температуры расплава не зависят.

2. Впервые установлено, что формирование текстуры быстрозатвердевших фольг чистого антимонвда индия обусловлено ориентацией ковалентных сил связей, а за изменение текстуры при легировании донорной и акцепторной примесями ответственно соотношение ковалентных и металлических сил связей в кристалле.

3. Впервые изучены гальваномагнитные свойства фольг 1пБЬ и выявлено, что аномальные температурные зависимости гальваномагнитных характеристик обусловлены установленной неоднородностью структуры фольг, в том числе по толщине.

4. Установлено, что при температурах расплава превышающих температуру плавления соединения МпВ1 ~100 К фольги содержат включения закаленной высокотемпературной фазы МпВ1, а повышение температуры расплава приводит к формированию аморфоподобной фазы. Стабильность и магнитные свойства фольг также зависят от температуры расплава.

Практическая значимость полученных результатов, состоит

в следующем:

1. Выполненное комплексное исследование структуры и свойств быстрозатвердевших фольг ГпБЬ и \1nBi в зависимости от условий их получения позволило установить оптимальные технологические режимы, при которых значения коэффициента Холла (для 1п8Ь) и коэрцитивной силы (для МпВ1) максимальны.

2. На базе тонких слоев ЬхБЪ разработаны конструкции и изготовлены датчики Холла, в том числе с ферромагнитными концентраторами, исследованы и оптимизированы их технические характеристики. С использованием датчиков Холла и ингерметаллических постоянных магнитов созданы преобразователи механических величин. в электрический сигнал (преобразователи линейных перемещений, конечного положения, угла поворота и частоты вращения) ддя измерительной техники, автоматики и робототехнических систем. Разработанные и аттестованные датчики Холла внедрены на предприятиях Беларуси и России.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Закономерности формирования структуры фолы антимонида индия, полученных сверхбыстрой закалкой из расплава: (а) Фольги ЬйЬ, полученные из расплава с температурой 1050...1500 К, имеют поликристаллическую структуру, а размер зерна зависит от скорости вращения кристаллизатора, (б) За формирование текстуры {110} в фольгах 1пЯЬ ответственна ориентация ковалентных связей атомов плоскости (110), совпадающей с межфазной границей «жидкость-кристалл». (в) Легирование дояорной примесью (Те) приводит к ослаблению, а акцепторной (2п) к усилению текстуры {110}, что связано с изменением относительного вклада в силы связи металлической и ковалеитной составляющих.

2. Закономерности влияния температуры . расплава на кристаллическую структуру, стабильность и свойства фольг сплавов системы Мп-В]', состоящие в том, что при температурах расплава превышающих температуру плавления МЫ^ до 100 К синтез фольг происходит с образованием нестабильной закаленной высокотемпературной фазы М11В1, а дальнейшее повышение температуры расплава приводит к формированию аморфной фазы и понижению коэрцитивной силы фольг.

3. Разработанные конструкции датчиков Холла, в том числе с ферромагнитными концентраторами, на . основе быстрозатвердевших фольг 1п8Ь и их технические характеристики, а также преобразователи механических величин в электрический сигнал с использованием датчиков Холла.

Личный вклад соискателя. Получение фольг методом сверхбыстрой закалки из расплава было проведено соискателем. Соискателем лично были проведены исследования образцов методом растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и мйкроренттеноспектрального анализа, металлографические исследбЬания, исследования электрофизических свойств фольг 1п5Ь, анализ и расшифровка спектров поглощения. При непосредственном участии соискателя были проведены электронно-микроскопические исследования. Научная идея исследования и задачи были сформулированы доктором физико-математических наук, профессором В.Г.ПТепелевичем. Измерения магнитных характеристик фольг МпВ) были выполнены совместно с В.В.Власовым (ИФТТ и ПП БАН).

Апробация_результатов диссертации. : Результаты

представленных в диссертации исследований были опубликованы в 28 печатных работах.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях, семинарах: Ш-е Всесоюзное совещание по робототехническим системам, Воронеж, 1984; Польско-советская научно-техническая конференция «Комплексная автоматизация промышленности», Вроцлав, 1988; П-я Всесоюзная научно-техническая конференция «Современное состояние^ и перспективы развития вибромегрии и вибродиагностики», Минск, 1989; Республиканская научно-техническая конференция «Новые направления развития систем управления для промышленной робототехники и станочного оборудования», Минск, 1989; VII Всесоюзная научно-техническая конференция «Проблемы магнитных измерений и магнитоизмерителькой аппаратуры», Ленинград, 1989; Зональный семинар «Методы и средства' измерения механических параметров в системах контроля и управления», Пенза, 1990; Научно-техническая конференция «Перспективные материалы твердотельной электроники, твердотельные преобразователи в автоматике и робототехнике», Минск, 1990; Всесоюзная конференция «Микроэлектронные датчики в машиностроении», Ульяновск, 1990; Всесоюзная научно-техническая конференция «Проблемы, преобразовательной техники», Киев, 1991; Всесоюзная научно-техническая конференция «Метрологические проблемы микроэлектроники», Менделеево, Московская обл., 1991; П-ой, Ш-ий семинары России и стран СНГ «Структурно-морфологические основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий», Обнинск, 1993, 1995; 1У-ый, У-ый межгосударственный семинар "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий", Обнинск, 1997, 1999; Всероссийский симпозиум с участием ученых из стран СНГ "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", Санкт-Петербург, 1998; Международная научная конференция "Магнитные материалы и их применение", Минск, 1998; XI Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (РЭМ-99), Черноголовка, 1999.

Опубликованность результатов: Результаты диссертации опубликованы в 9 статьях в научных журналах (в том числе 4 депонированных), ] материалах конференции, 17 тезисах докладов

конференций, 1 авторском свидетельстве на изобретение. Общее количество страниц опубликованных материалов составляет 112.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав и 4 приложений. Полный объем диссертации составляет 144 страницы. Диссертация содержит 64 рисунка, представленных на 53 страницах, 12 таблиц, представленных на 7 страницах, 163 наименований цитируемой литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

В общей характеристике работы дано обоснование актуальности темы диссертации, определены цель, задачи и методы исследования, сформулирована научная новизна, практическая значимость полученных результатов и основные положения, выносимые па защиту.

Первая глава носит обзорный характер. Рассмотрены кристаллическая . и зонная структура [иЗЬ, ее изменения при легировании. Проанализировано влияние легирующей примеси и дефектов на процессы электропереноса в антимониде индия. Проведено сравнение рассматриваемых в литературе механизмов рассеяния носителей зарядов в поликристаллах и пленках ЬБЬ, привлечение которых является полезным и необходимым при анализе процессов электропереноса в быстрозатвердевших фольгах 1п8Ь. Отмечается, что к настоящему временя процессы элеюропереноса в быстрозатвердевших фольгах 1п8Ь не изучены. В связи с этим необходимо выполнить исследования по связи структуры и свойств быстрозатвердевших фольг с условиями их получения.

Анализ публикаций, посвященных получению мапштотвердых материалов методом сверхбыстрой закалки из расплава, показывает перспективность данной технологии для улучшения- магнитных характеристик интериеталлических соедииешгй. Рассмотрение процессов, протекающих при намагничивании соединения МпВ1, позволяет заключить, что повышение коэрцитивной силы может быть достигнуто: во-первых, за счет измельчения зерна до размеров, близких к размерам однодоменной частицы; во-вторых, при повышении дефектности материала, за счет торможения доменных стенок на дефектах. Немногочисленные публикации, посвященные получению соединения МпВ1 сверхбыстрой закалкой из расплава, содержат противоречивые данные. Это заставляет сделать вывод о

различии экспериментальных условий. Одним из важных технологических параметров, обычно не контролируемых, является температура расплава.

, Обращено особое внимание на то, что структура расплавов конгруэнтных и инконгруэнтных соединений, степень их упорядочения и зависимость упорядочения от температуры расплава имеет различный характер, что может оказать существенное влияние на процессы сверхбыстрой закалки из расплава.

Исходя из анализа литературных данных, приведенных в этой главе, сформулирована цель и задачи, решаемые в данной работе.

Вторая глава посвящена описанию методик: получения материалов, анализа структуры, исследования электрических и магнитных свойств.

. ... В качестве исходных материалов использовались 1п8Ь с концентрацией носителей по ТУ д.=3...5-1014 см"1, п«-1 ...3-Ю16 см"3, пр=1,3...3,6-1015 см"3 при Т=77 К, а также сплавы электролитического Мп (чистота 99,9%) и чистого В1 (чистота 99,9%), взятых в различных пропорциях. Сплавы содержали от 20 до 50 ат.% Мп и приготавливались предварительным сплавлением в вакуумной печи.

Фольги получались выплескиванием капли расплава на внутреннюю полированную поверхность вращающегося медного цилиндра. Частота вращения задавалась равной 25 об/с и 50 об/с. Внутренний диаметр цилиндра равнялся 0,2 м. Толщина получаемых фольг составляла 20...80 ыкм. Скорость охлаждения расплава была не менее 10б К/с. Для исследования структуры отбирались участки фольг толщиной 40... 50 мкм.

При изготовлении фольг 1п$Ь в плавильной печи устанавливались четыре значения температуры в интервале 1050... 1500 К. Образцы системы Ма-В1 плавились при трех температурах 1075 К, 1175 К и 1375 К. Контроль за температурой осуществлялся хром ель-атом ел евой термопарой, расположенной в непосредственной близости от ампулы с расплавом. Отклонения температуры расплава не превышали ±10 градусов.

Металлографический анализ проводился с помощью микроскопа ММУ-3. Фазовый анализ и определение межплоскостных расстояний выполнено с использованием ренггеноструктурных исследований на дифракгометре ДРОН-3 в медном излучении. Дифракгограммы снимались с двух сторон фольги. Исследование текстуры проведено с помощью «обратных» полюсных фигур. Полюсные плотности дифракционных линий рассчитывались по методу Харриса. Топография поверхности фольги и поперечного излома изучалась с

помощью растрового электронного микроскопа РЭММА-200. Ренттеноспектральный микроанализ выполняли на установках РЭМ-100У и «Сотеса». Радиус области генерации рентгеновского излучения составлял 1.. .2 мкм.

С помощью просвечивающего электронного микроскопа ПРЭМ-200 были получены светлопольные изображения и микроэлектронограммы утоненных участков фольг антимонида индия. Одностороннее утонение фольг осуществлялось методом анодного растворения на модернизированной установке ПТФ. Электрополировка проводилась в растворе 4% НЖ>з в этиленгликоле +0,1% НР.

Измерение коэффициента Холла, удельного

электросопротивления, магнетосопротивления фольг 1пБЬ вьшолнялось в интервале температур 77...360 К. При проведении электрических измерений фольги наклеивались на поверхность держателя с контактными площадками. Приварка к образцу и контактным площадкам осуществлялась на установке «Контакт-3 А» с помощью золотого микропровода толщиной 20... 30 мкм.

Магнитные свойства фольг системы Мп-ЕИ исследовали с помощью вибрационного магнитометра. Исследовалась намагниченность образца в трех взаимно перпендикулярных направлениях. В двух случаях магнитное поле было направлено в плоскости образца вдоль его боковых поверхностей, в третьем -перпендикулярно поверхности образца.

Исследуемые фольги подвергались изохронному и изотермическому отжигам. Изохронный отжиг фольг системы Мп-В1 проводился через 25 градусов по 20 минут при каждой температуре Изотермический отжиг проводили в течение нескольких часов.. Исследовались также структурные превращения в этих фольгах в процессе старения при комнатной температуре.

Третья глава посвящена изучению структуры и электрофизических свойств быссрозатвердевших фольг ПлЭЬ. Полученные фольги - однофазны, имеют структуру ГпБЬ с решеткой цинковой обманки (а = 6,480 А), характеризуются равномерным распределением 1п и БЬ при всех исследованных температурах расплава и скоростях вращения барабана. Фольги имеют поликристаллическую структуру. Размер зерна зависит от скорости вращения барабана. Вблизи свободно затвердевшей поверхности (верхняя сторона) при скорости вращения 25 об/с размер зерна достигает 10 мкм, при увеличении скорости вращения барабана до 50 об/с зерно не превышает 5 мкм. в момент зарождения формируется

более мелкозернистая структура с размером зерен, не превышающим десятых долей микрона. По мере роста фольги за счет уменьшения теплоотвода и выделения теплоты кристаллизации уменьшается скорость охлаждения, происходит укрупнение зерна и формирование столбчатой структуры зерен.

На нижней стороне фольги преимущественной ориентировки зерен не наблюдается. Однако у верхней стороны фольги отмечается формирование текстуры роста, выражающейся в повышении полюсной плотности дифракционных максимумов (110) и понижении полюсной плотности дифракционных максимумов (100). Предложен механизм формирования компонентов текстуры. Образование текстуры {110} связано с ориентацией ковалентных связей атомов плоскости (110) относительно межфазной границы "жидкость-кристалл". Поскольку плоскость (110) содержит равное число атомов 1п и БЬ, то каждый атом имеет по две эр3-связи с атомами другого сорта, а две другие связи он образует с атомами в ниже- и вышележащих плоскостях. Поэтому, если плоскость (110) совпадает с межфазной границей «жидкость-кристалл» и является фронтом кристаллизации, то за счет ненасыщенных 5р3-связей на ней образуются ступеньки атомного размера, к которым легко присоединяются атомы из жидкой фазы. Плоскость (100) состоит из атомов одного сорта, и каждый атом имеет по две ер3-связи с атомами плоскости, лежащей под ней и над ней. Отсутствие связей атомов в плоскости (100) приводит к прекращению роста тех зерен, фронтом кристаллизации у которых является зга плоскость.

Релаксация высоких термомеханических напряжений, возникающих в фольгах, осуществляется двойникованием. Процесс двойникования в фольгах 1пБЬ осуществляется по плоскости {111}, что характерно для ГЦК кристаллов.

Исследования влияния донорной и акцепторной примесей на структуру быстрозатвердевших фолы ангимонида индия показали, что эти примеси в исследованных пределах не приводят к появлению другой фазы и фольги 1п8Ь<Те> и 1пЗЬ^п> имеют решетку ¡пБЬ. Текстура фольг Ь&Ь зависит от состава исходного материала. Легирование донорной примесью приводит к тому, что как текстура зарождения, так и текстура роста практически не формируется. Вторым проявлением влияния донорной примеси является подавление двойникования и осуществлению пластической деформации преимущественно скольжением. Оба эти факта связаны с тем, что донорная примесь Те в ЪгБЪ имеет большой боровский радиус и образует подзону, сливающуюся с зоной проводимости. Это приводит

донорной примеси акцепторная примесь усиливает текстуру роста (НО), что подтверждает предложенный механизм формирования текстуры.

Приведены температурные зависимости коэффициента Холла и холловской подвижности фольг 1пйЬ и 1п8Ь<Те> (рис1а,б,с,д). Концентрация носителей заряда Не при 77 К в фольгах 1пБЬ находится в пределах пе=1...4-1016 см"3. Для фольг 1п8Ь<Те> пе составляет 3...71016 см"3. Повышение концентрации электронов по сравнению с исходным материалом связано с образованием дефектов в образце при сверхбыстром затвердевании, таких как мевдоузельные атомы 1п и БЬ, сложные комплексы дефектов и остаточных примесей, дислокации, а также границы зерен.

60 100 150 200 250 300 350 400

Т, К

а)

б)

с) д)

Рис.1. Температурные зависимости коэффициента Холла (а,с) и холловской подвижности (б,д) для фольг 1п8Ь (а,б) и 1пБЬ<Те> (с,д)

В области низких температур холловская подвижность Цн растет с ростом температуры, что характерно для пленок 1пБЬ. Оценки

показывают, что подвижность растет по закону цн~Та, где а изменяется от 0,2 до 5. Столь высокое значение показателя степени означает невозможность связать зависимость ¡лн(Т) ни с рассеянием на дислокациях, ни на ионах примеси. Для объяснения такого хода зависимости привлечена барьерная модель рассеяния носителей заряда в поликристаллических пленках ТпБЬ. • При низких температурах рассеяние носителей происходит на потенциальных барьерах, возникающих между участками с различной концентрацией носителей. С ростом температуры проявляться собственная проводимость, величина потенциальных барьеров уменьшается и подвижность растет.

Температурная зависимость коэффициента Холла Ян для фолы-М!Ь<Те> при температурах ниже 250 К имеет аномалию, состоящую в уменьшении модуля 11ц с понижением температуры. Подобная зависимость Кн(Т) наблюдается при наличии неодаородностей концентрации носителей по толщине образца, когда измеряемое эффективное значение Кн определяется слоем с высокой цН- В фольгах Ы>Ь<Те> наблюдаемая зависимость обусловлена неоднородностью структуры по толщине, в том числе - зеренной.

Температура расплава не оказывает существенного влияния на величину коэффициента Холла, а увеличение частоты вращения барабана приводит к уменьшению модуля Ни.

Четвертая глава содержит результаты исследования структуры, стабильности и магнитных свойств быстрозатвердевших фольг системы Мп-Вь

Быстрозатвердевшие фольги системы Мп-В1, имеют длину до 20 мм, ширину порядка 5...10 мм, толщину в пределах 30...70 мкм. Для исследований выбирались фольги толщиной около 50 мкм. Нижняя, прилегающая к поверхности кристаллизатора, сторона фольги гладкая, верхняя имеет выпуклости и впадины, размер которых на отдельных участках достигает половины толщины фольги.

Фольги системы Мп-В1 представляют собой матрицу висмута с включениями фазы МпВг Размер включений находится в пределах 0,5...2 мкм. Кроме того, наблюдаются более крупные, с размером около 10 мкм, включения, расположенные у верхнего края фольги, что связано с уменьшением скорости затвердевания по мере удаления от кристаллизатора. Микрорентгеноспектральный анализ распределения Мл и В) в верхних и нижних слоях показал, что по длине и ширине фольги однородны. Распределение марганца и висмута на нижней стороне фольги практически равномерно, что согласуется с поликристаллической мелкозернистой структурой. На верхней стороне

фольги наблюдаются пики в интенсивности Ка-линий Мл и Ьа-линий ЕМ. Размер пиков соответствует размеру включений МпВг

Фазовый состав быстрозатвердевших фольг Мп-В1 существенно зависит от температуры расплава. Фольги, полученные из расплава с температурой 1075 и 1175 К, двухфазны. Они. содержат фазу В! с ромбоэдрической элементарной ячейкой. Установленные значения параметров элементарной ячейки (с = 11,83 А, а = 4,55 А) хорошо согласуются с литературными данными, что свидетельствует о невысокой растворимости Мп в В1 в условиях сверхбыстрой закалки из расплава, также как и при равновесной кристаллизации. Свежеприготовленные фольги содержат включения соединения МпВ1 в закаленной высокотемпературной фазе (ЗВТФ) с решеткой типа МАя.

При повышении температуры расплава до 1375 К дифрактограммы быстрозатвердевших фольг системы Мл~В1 имеют вид, характерный для аморфоподобвых структур. Идентифицируются также дифракционные максимумы, принадлежащие фазе В1.

В процессе изотермического отжига в быстрозатвердевших фольгах системы Мп^ наблюдаются фазовые превращения. Образовавшаяся в результате сверхбыстрой закалки из расплава, имеющего температуру 1075 и 1175 К, ЗВТФ МпВ1 неустойчива и переходит в низкотемпературную фазу (НТФ) с тем же типом структуры, но с параметрами решетки а=4,28А, с=6,08 А. При комнатной температуре перестройка завершается за 350...400 ч. При изохронном отжиге, проводившимся через 25 градусов по 20 минут при каждой температуре, фазовый переход завершается при 400 К.

Фольги, полученные из расплава с температурой 1375 К, также неустойчивы. Изотермический отжиг при 450 К приводит к переходу аморфоподобной фазы в низкотемпературную фазу МпВ1 за два часа. При комнатной температуре этот переход завершается за 30...40 суток.

Для ферромагнитных веществ, обладающих высокой магнитной анизотропией, магнитные свойства, такие как магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, остаточная индукция, вид петли гистерезиса зависят от сгруктуры материала. Для поликристаллического материала эти свойства зависят от наличия преимущественной ориентировки зерен. В связи с этим были

проведены исследования текстуры свежеприготовленных быстрозатвердевших фольг сплавов системы Мл-Вц а также исследовалась текстура фольг после их отжига и старения.

У фолы, подученных из расплава с температурой 1075 и 1175 К, включения Мп£Н, находящиеся у верхнего края фольги, не имеют выраженной ориентации. На нижней стороне фольги полюсная плотность дифракционной линии (0002) повышается для фолы с большим содержанием Мп в исходном сплаве. Небольшая текстура зарождения вызвана тем, что базисная плоскость (0001) кристалла МпШ имеет наибольшую ретикулярную плотность атомов в решетке. При расположении зародыша этой плоскостью параллельно кристаллизатору обеспечивается минимум поверхностной энергии, что и является причиной наблюдаемой текстуры. После отжига текстура, фольг не изменяется. У отожженных фольг, полученных из расплава с температурой 1375 К, отсутствует преимущественная ориентировка зерен как на нижней, так и на верхней стороне фольги.

Исследование магнитных свойств быстрозатвердевших фольг системы Мп-В1 проводилось после того, как завершался самопроизвольный переход в стабильное состояние с образованием НТФ. Фольги, изготовленные при температуре расплава 1075 К и 1175 К, имеют высокую коэрцитивную силу Нем = 250 кА/м. Значение Нем не зависит от толщины фольги. Намагниченность насыщения фольг сравнительно невысока - в пределах 0,1...0,2 Тл и возрастает с увеличением концентрации марганца в исходном сплаве.

Для фольг, полученных при температуре расплава 1075 К и 1175 К, наблюдается резкое различие в характере петель гистерезиса в направлении плоскости фольги и вдоль нормали к ней. Трансформация петли гистерезиса свидетельствует о наличии заметной наведенной магнитной анизотропии фольг МпВ), которая может быть обусловлена текстурой фольг и обратным магнитострикционным эффектом. По-видимому, наведенная магнитная анизотропия может являться одной из причин высокой коэрцитивной силы фольг. Повышение температуры расплава до 1375 К приводит к понижению коэрцитивной силы до 160 кА/м, что может быть связано с отсутствием текстуры в фольгах.

Пятая глава посвящена вопросам практического применения быстрозатвердевших фольг Ь^Ь и МпБт

Представлена технология изготовления датчиков Холла, в том числе с ферромагнитными концентраторами, служащими одновременно корпусом датчиков. Изучены вольт-амперные и температурные характеристики датчиков Холла. Показано, что чувствительность датчиков Холла с ферромагнитными концентраторами превышает чувствительность датчиков Холла без концентраторов. Исследовано влияние размеров пластин

ферромагнитных концентраторов на магнитную чувствительность датчиков. Разработана методика и проведена аттестация датчиков Холла.

На основе датчиков Холла и разработанных магнитных систем созданы преобразователи механических величин в электрический сигнал. В том числе разработана конструкция и исследованы технические характеристики двухкомпонентного преобразователя перемещений, в основу которого положена четырехполюсная магнитная лионеза. Рассчитаны оптимальные форма и размеры полюсных наконечников линзы. На основе указанного двухкомпонентного преобразователя перемещений разработаны преобразователи ускорения и вибрации.

На основе исследований технических характеристик оптимизированы конструкции однокомпоненттшх ■ преобразователей перемещений для различных диапазонов перемещений. Разработаны преобразователи угла поворота и частоты вращения, в том числе дискретные. Представлена конструкция и технические характеристики преобразователя конечного положения. Оптимизированы технические характеристики преобразователей механических величин в электрический сигнал. Показано, что в устройствах, работающих на основе перераспределения магнитного потока между элементами магнитопровода при их относительном перемещении применение датчиков Холла с ферромагнитными концентраторами обеспечивает повышение чувствительности устройства на порядок

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлено, что температура расплава в интервале 1050. ..1500 К оказывает различное влияние на структуру и свойства быстрозатвердевших фольг юшонгруэнтного соединения (МпВ^ и конгруэнтного соединения (ГпБЬ), а именно: повышение температуры расплава вызывает изменение фазового состава фольг МпВ1 и не оказывает влияния на структуру фольг 1пБЬ, что обусловлено различным микростроением расплавов /9,25/.

2. Показано, что метод сверхбыстрой закалки из расплава позволяет получить однофазные, со структурой цинковой обманки, ноликристаллические фольги соединения ЬаБЬ. Обнаружено, что увеличение скорости вращения кристаллизатора с 25 до 50 об/с приводит к измельчению зерна в 2 раза, а температура расплава в интервале 1050... 1500 К не оказывает влияния на структуру и свойства фольг. Установлены механизмы формирования текстуры фольг 1п8Ь и

определены факторы, влияющие на них. Показано, что по мере затвердевания происходит уменьшение скорости кристаллизации укрупнение зерна и формирование столбчатой структуры с преимущественным ростом зерен, для которых плоскости {110} совпадают с межфазной границей «жидкость-кристалл», что обусловлено соответствующей ориентацией ковалентных сил связей. Впервые обнаружено, что легирование донорной примесью (Те) приводит к ослаблению, а акцепторной (г£п) - к усилению текстуры роста {110}, что связано с изменением относительного вклада в силы связи металлической и ковалентной составляющих /9,22,23,24,26/.

3. Впервые установлено, что модуль коэффициента Холла фольг Ы>Ь растет с уменьшением скорости вращения барабана и. при скоростях вращения барабана 25• об/с достигает 350 ТО"6 м3ЛСл. Аномальные температурные зависимости коэффициента Холла и холловской подвижности фольг 1п5Ь(Те> ниже 250 К, состоящие в резком уменьшении их значений с понижением температуры обусловлены неоднородностью структуры фольг, в том числе по толщине. Отожженные фольги имеют стабильную структуру и свойства в течение нескольких лет /19/.

4. Установлено, что фазовый состав фольг сплавов системы Мп-В1, полученных методом сверхбыстрой закалки из расплава, зависит от температуры расплава. При температурах расплава 1075 К и 1175 К свежеприготовленные фольги являются двухфазными поликристаллами, состоящие из зерен и мелких (0,5-2 мкм) включений закаленной высокотемпературной фазы МпВг Повышение температуры расплава до 1375 К приводит к формированию матрицы В1 и частиц аморфной фазы в фольгах. /8,21,25/.

5. Быстрозатвердевшие фольга \in-Bi, полученные из расплава с температурой 1075 К и 1175 К, нестабильны. В процессе старения и при отжиге закаленная высокотемпературная фаза МпВ1 переходит в низкотемпературную фазу. Стабилизированные фольги Мп-В1 характеризуются высокой коэрцитивной силой Нсм=250 кА/м, что обеспечивается мелкодисперсностью фазы МпВ), а также наведенной магнитной анизотропией. Повышение температуры расплава приводит к понижению коэрцитивной силы фольг Мп-В1 /8,27/

6.; , На основе быстрозатвердевших фольг антимонида индия разработаны и аттестованы датчики Холла, в том числе с ферромагнитными концентраторами. Показано, что разработанная технология изготовления датчиков Холла из быстрозатвердевших фольг антимонида индия с ферромагнитными концентраторами позволяет повысить чувствительность датчиков Холла на порядок. С

использованием разработанных датчиков Холла и исследованных магнитных систем созданы датчики перемещения, конечного положения, угла поворота, частоты вращения, вибрации и ускорения, в том числе на уровне изобретения /1-7, 10-14,15-20/.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Лрокошин В.И., Гусакова C.B., Шепелевич В.Г. Исследование магнитной системы датчика линейного перемещения / Изв.вузов MB «ССО СССР». Сер. Физика. - Томск, 1985. - 10 с. - Деп. В ВИНИТИ 23.11.8.5. - № 4074. - 85Деп. //Депонированные рукописи. - 1985. -№ 8. - б/о 49.

2. Прокошин В.И., Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Бесконтатный преобразователь конечного положения // Изв. АН БССР. Сер. Физико-энерг.наук. - 1987. - № 1. - С.120-122.

3. Преобрзаоватеяь угла поворота и частоты вращения / В.Г. Шепелевич, C.B. Русакова, Е.Ф. Курачек, JI.A. Михайловская // Вестн.Белорусского ун-та. Сер.1 - Минск, 1988. - 10 с. - Деп. В ВИНИТИ 27.12.88. № 9051-В88 // Депонированные рукописи. -1989.-№4.-б/о303.

4. Гусакова C.B., Прокошын B.I., Шапялев1Ч В.Р. Пераутварэнне линейных перамяшчэнняу на аснове эфекту Хола // 1зв. АН БССР. Сер.ф1з.-энерг.навук. - 1989. -Т.25, № 4. - С. 112-114,

5. Шепелевич В.Г., Гусакова C.B., Худи икая Т.А. Исследование квадрупольной магнитной системы // Вестник Белорусского ун-та. Сер.1. - Минск, 1989. - 16 с. - Деп. В ВИНИТИ 26.09.89 № 6009-В89 // Депонированные научные работы. - 1990. - № 1 - б/о 74.

6. Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Преобразователи линейных перемещений на основе эффекта Холла // Вести. Белорусского ун-та. Сер.1/ - Минск. - 1989: - 23 с. - Деп. В ВИНИТИ. 26.09.89 № 6010-В89 // Депонированные научные работы. - 1990. - № 1. - С.387,

7. Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. ., Магнитная система двухкомпонентното преобразователя линейных перемещений // Йзв.ВУЗов. Приборостроение,-1991. - Т.34, № 2. -С.57-61.

8. . Структура и магнитные свойства быстрозатвердевших фольг системы Mn-Bi / В.В. Власов, C.B. Гусакова, C.B. Сухвато, В.Г. Шепелевич // Изв. АН СССР. Сер.Неорганические материалы. -1995. - Т.31, № И. - С.1426-1430.

9. Васильева Л.А., Гусакова C.B., Шепелевич В.Г. Формирование структуры быстрозатвердевших фолы InSb // Вестник Белор. Гос.ун-та. Сер.1, физика, математика, информатика. -2000 - № 1. - С.11-14.

Ю.Прокошнн В.И., Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Бесконтатный преобразователь конечного положения //Комплексная автоматизация промышленности: Материалы III польско-советской научно-технич. конф. / Mankowe Institutu Techniki Cieplney i Mechaniki Plynow Politeehniki Wroclawckie. - Ser.Konferencje. - Wroclaw, 1988. - T.3.-C.95-98.

11 .Миниатюрные первичные преобразователи на основе InSbu xBix для органов адаптации роботов / В.И. Прокошин, В.П. Гольцев, В.Г Шепелевич., C.B. Гусакова, В.А. Ярмолович // Тез.докл. Ш Всесоюз.совещания по робототехническим системам г. Воронеж, 10-14 окт. 1984 г./Воронежский политехнический институт - Воронеж,1984,- ч.Н. -С.193-194.

. 12. Пр еоб р азо ватель натяжения колонн литейных машин на основе эффекта Холла / В.Г. Шепелевич,, Л.А.Андарало, C.B. Гусакова, В.Н.Слепнев, В.А.Ярмолович // Автоматизация, роботизация и применение ЭВМ в литейном производстве: Тез.докл. научно-технической конф., Минск, 16-18 окт. 1988г./ БГУ, БПИ, НПО

- «Гранат»,-Минск, 1988. -С.92-93.

13.Гусакова C.B., Шепелевич В.Г. Магнитная система двухкомионентного датчика вибрации на основе эффекта Холла. //

, Современное состояние и перспективы развития методов и средств вибромегрии и вибродаагностики: Тез.докл Всесоюзной научно-техн конф., Минск. 3-5 окт. 1989 г./ ЦПВ НТО приборостроителей имени С.И.Вавилова. - Москва, 1989. - С. 190.

14.Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Датчики Холла в ферромагнитном корпусе.// Проблемы магнитных измерений и магнитоизмерительной аппаратуры: Тез.докл. VII Всесоюзной научно-технической конф., Ленинград, 24-26 окт. 1989 г./ НПО ВНИИ Метрологии им. Д.И.Вавилова. - Ленинград, 1989.- ч.2. - С.5-6.

15.Гусакова C.B., Литичевский Н.Е. Преобразователи линейных перемещений на основе эффекта Холла //. Новые направления развития систем управления для промышленной робототехники и станочного оборудования: Тез. докл. республ. научно-технич. конф., Минск, 18-19 окт. 1989 г./БГУ , НПО «Гранат», МРТИ. - Минск, 1989. - С.36-38.

16.Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Дискретные преобразователи вращения на основе эффекта Холла //Новые направления развития систем управления для промышленной робототехники и станочного оборудования: Тез. докл. республ. научно-технич. конф., Минск, 1819 окт. 1989 г./БГУ , НПО «Гранат», МРТИ. - Минск, 1989. - С.35-36.

17.Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Преобразователи вращения на основе эффекта Холла // Методы и средства измерения механических параметров в системе контроля и управления: Тез.докл. зонального семинара , Пенза, 22-23 янв. 1990г./Приволжский дом научно-технич. пропоганды. - Пенза, 1990. - С.32-33.

18.Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Преобразователи линейных и угловых перемещений на основе эффекта Холла // Перспективные материалы твердотельной электроники, твердотельные преобразователи в автоматике и робототехнике (МТЭ и ТП-90): Тез.локл. научно-технич. конф., Минск, 23-24 окт. 1990 г./ ИФТТ и ПП АН БССР. - Минск , 1990. - ч.И. - С. 16-17.

19.Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Разработка магнйточувствительных элементов на , основе быстрозакалешшх фольг InSb // Метрологические проблемы микроэлектроники: Тез. докл. всесоюзн. Научно-техн. конф., Менделеево, Московской обл., 11-13 июня 1991г./ВНТО Радиотехники, элекгроники и связи имени А.С.Попова. -Москва: «Радио и связь»,1991. - С.276-278.

20.Шелевич В.Г., Гусакова C.B. Магнитоизмерительные преобразователи на основе быстрозакаленных фольг антимонида индия. //Проблемы преобразовательной техники: Тез. докл. V Всесоюзн.научно-технической конф., Киев, 16-20 сент. 1991г. /Институт электроники АН УССР. - Киев, 1991. - С.53-54.

21.Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Структура и магнитные свойства быстрозакаленных фольг сплавов системы Mn-Bi // Структурно-морфологические основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий: Тез.докл. II семинара России и стран СНГ,- Обнинск, 15-19 июня 1993г. / Обнинский институт атомной энергетики,- Обнинск, 1993. - С.53.

22.П1епелевич В.Г., Гусакова C.B. Структура быстрозатвердевших фольг антамонида индия // Структурно-морфологические основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий: Тез.докл. П1 Межгос. семинара, Обнинск, 16-19 шоня 1995г. /Обнинский институт атомной энергетики,- Обнинск, 1995. - С.57.

23.Шепелевич В.Г., Гусакова C.B. Формирование структуры быстрозатвердевших фольг InSb+Te.// Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий: IV Межгосударств. Семинар, - Обнинск, 16-18 июня 1997. /Обнинский институт атомной энергетики,- Обнинск, 1997. - С. 148-149.

24.Гусакова C.B., Шепелевич В.Г. Влияние примесей на формирование структуры быстродействующих фольг антамонида индия //

Аморфные и микрокристаллические полупроводники: Тез.докл. Всерос.симпозиума, Санкт-Петербург, 5-9 июля 1998г / РАН, Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН.-Санкт-Петербург, 1998. - С.257.

25.Гусакова C.B., Шепелевич В.Г. Влияние условий сверхбыстрой закалки на формирование структуры фолы системы Mn-Bi // Магнитные материалы и их применение: Тез.докл. междунар.научн.конф, Минск, ЗОсент. - 2 окг. 1998г./ ИФТТ и ПП HAH Беларуси,-Минск, 1998 - С. Л 7-118.

26.Шепелевич А.Г., Гусакова C.B., Васильева Л.А. Структурно-морфологические особенности быстрозатвердевших фольг антимонида индия // Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий: Тез.докл. V семинара МНТ-V, Обниниск, 15-17 июня 1999г. / Обнинский институт атомной энергетики.- Обнинск, 1999. - С. 124.

27.Гусакова C.B., Шепелевич В.Г. Формирование структуры фольг системы Mn-Bi при сверхбыстрой кристаллизации из расплава // XI Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим- методам исследования твердых тел: Тез.докл, Черноголовска, 15-18 июня 1999г./ Институт кристаллографиии РАН.-Москва, 1999. -С.51.

28.A.c. 1569724 СССР, МКИ5 G01B 15/08. Двухкомпонентный датчик ускорения / В.Г.Шепелевич, С.ВГусакова; Белгосуниверситет,-№447133/10; Заявл.14.06.88; Опубл. 16.03.90, Бюл. № 21 //Открытия.

. Изобретения,- 1990. - № 21.- С. 34.

РЕЗЮМЕ

Русакова София Викторовна

Модификация структуры и свойств соединений InSb, MnBi сверхбыстрой закалкой из расплава Ключевые слова: сверхбыстрая закалка из расплава, полупроводниковое соединение, ферромагнитный материал, фазовые превращения, электрофизические свойства, магнитные свойства.

Целью настоящей работы явилось проведение исследований структуры и электрофизических свойств фольг соединения антимонид индия, а также структуры и магнитных свойств соединения MnBi, полученных методом сверхбыстрой закалки из расплава при различных температурах расплава.

Для исследований структуры были использованы: металлографический и рентгеноструктурный анализы, растровая электронная микроскопия и ренггеноспектральный микроанализ, просвечивающая электронная микроскопия, оптическая спектрометрия. Проведены электрофизические исследования и измерения магнитных характеристик.

Впервые установлено, что быстрозатвердевшие фольги InSb являются однофазными со структурой цинковой обманки и равномерным распределением компонентов поликристаллами при всех исследованных температурах расплава. Свежеприготовленные фольги MnBi, полученные при температурах расплава 1075, 1 ] 75 К, содержат фазу Bi и включения негастабильной закаленной высокотемпературной фазы MnBi. Повышение температуры расплава до 1375 К приводит к аморфности структуры. Изучены механизмы фазовых превращений в быстрозатзердевших фольгах MnBi при изохронном отжиге и старении.

Предложен механизм формирования неоднородной по толщине зеренной структуры и текстуры фольг. В слоях фольг, прилегающих к кристаллизатору, формируется мелкодисперсная структура. По мере роста фольги, зерно укрупняется и в фольгах InSb наблюдается столбчатая структура зерен.

Исследованы магнитные свойства фольг MnBi и электрофизические свойства фолы FnSb. Установлена связь свойств фолы с особенностями их структуры. Анализ полученных результатов позволил определить оптимальные условия получения фолы. На основе фольг InSb разработаны датчики Холла, созданы устройства по преобразованию механических величин в электрический сигнал.

РЭЗЮМЕ

Русакова Софм Впстарауна Мадыфжацыя структуры ] уласщвасцей злучэнняу 1п8Ъ, МпВ1 звышxyгкiм гартаваннем з расплаву.

Ключавыя словы: звышхуткае гартаванне з расплаву, пауправадшковыя злучэнш, ферамагштныя матэрыялы, электрафшчныя уласщвасщ, магнгшыя уласц'вас1*'> фазавыя пераутварэнш.

Мэтай гэтай работы з'яулялася даследаванне структуры I электраф1з1чных уласщвасцей фольг антыманщу ¡ндыю а таксама структуры 1 магшпшх уласщвасцей злучэнняя МпВ1, атрыманых метадам звышхуткага гартавання з расплаву пры розных тэмпературах расплаву.

Для выканання даследаванняу был! выкарыстаны: металаграф1чны г рэнтгенаструктурны анашзы, растравая электронная мйсраскашя I рэнтгенаускч лакальны зондавы мжрааналй, электронная прасвечваючая М1краскап1я, аптычная спектраскап1я.

Упершыню вызначана, што хутказацвярдзеушыя фольп ¡пБЬ з'яуляюцца аднафазныш са структурам цынкавай падманю л раунамерным размеркаваннем кампанентау пол!крышталям1 пры уЫх даследаванных тэмпературах расплаву. Свежапрыгатаваныя фольп МпВ1, атрыманыя пры температурах расплаву 1075 \ 1175 К змяшчаюць фазу В1 1 укгаочэнш нестабшзаванай гартаванай высакатэмпературнай фазы МпВт Павышэнне температуры расплаву нрыводзщь да аморфнасщ структуры. Даследаваны мехашзмы фазавых пераутварэнняу у хутказацвярдзеушых фольтах пры

¿захронным адпале \ старэнш.

Прапанаваны мехаюзм утварэння неаднароднай па таушчыш зернявай структуры 1 тзкстуры фольг. У пластах, яыя прылягаюць да крыштал1затару, утвараецца дробнадзюперсная структура. 3 ростам фальп зерне павял!чваецца ] у фольгах 1п8Ь: наглядасцца слупковая структура.

Даследаваны магттныя уласщвасщ фольг МпВ1 1 электраф!з1чныя уласшвасщ фольг 1п5Ь. Вызначана сувязь уласщвасцей фольг з асабл1васцю' ix структуры. Анализ вышкау даследаванняу дазволгу вызначыць ашымальныя умовы атрымання фольг звышхутким тартаваннем з расплаву. На аснове тонюх пластоу /пБЬ распрацаваны датчым Холла, створаны прылады па пераутварэнню мехашчпых вел!чын у электрычны сцнал.

Abstract

Modification of structure and properties of InSb, MnBi compounds by rapid cooling from molten state.

Keywords: rapid cooling from molten state, semiconductor compound, ferromagnetic material, phase transformation, electiophysical properties, magnetic properties.

The aim of the present work was investigation of structure and electrophysical properties of InSb compound foils so far as structure and magnetic properties of MnBi compounds which were formed by rapid cooling from molten state at various temperatures.

The following methods were used for structure investigations: metallography, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray microanalysis, transmitting electron microscopy, optical spectrometry. Electrophysical and magnetic measurements were carried.

It was established for the first time that rapidly quenched InSb foils consist of only one phase with ZnS-structure. The foils have homogeneous distribution of components at all the studied temperatures. The freshly prepared at temperatures of molten state of 1075, 1175 K MnBi foils contain Bi phase and precipitates of unstable quenched hightemperature MnBi phase. The raise of molten state temperature up to 1375K leads to structure amorphization. The mechanism of phase transformation in the rapid quenched MnBi foils during isochronal annealing and aging were studied.

The mechanism of formation of foils structure and texture which are inhomogeneous within the foils depth was proposed. Ultracrystalline structure forms in foil layers next to the crystallizator. With further increasing of depth the size of grains increases and column-like structure in the InSb foils is observed.

The magnetic properties of MnBi foils and electrophysical properties of InSb foils were investigated. The correlation of foils properties with their structure characteristics was established. The analysis of obtained results has allowed to determine the optimal conditions of foils forming. Hall transducer and other devices which convert mechanical characteristics into electrical signal were designed on the basis of thin layers of InSb compound.