Сучасна електрометалургія, 2012, №03



2012 №03 (07)

2012 №03 (09)

---

Современная электрометаллургия, 2012, № 3, c. 38-47
 

МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО РЕЖИМА РЕАКЦИИ СВС В НАНОСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛАХ. 2. Сравнительный анализ одно- и двухстадийной реакций

Т. В. Запорожец¹, А. М. Гусак¹, А. И. Устинов²

¹Черкас. нац. ун-т им. Б. Хмельницкого
²Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
На основе кинетики реакционного роста фаз в тонких пленках при неизотермическом режиме предложена самосогласованная по температурному профилю модель двухстадийной реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в результате последовательного образования двух фаз в слоистой наноструктуре. Исследовано влияние промежуточной реакции на характеристики фронта СВС. Показано, что порядок образования фаз существенно влияет на параметры фронта реакции СВС.
 
On the basis of kinetics of a reaction growth of phases in thin films at non-isothermal condition, a model self-coordinated by temperature profile, of two-stage reaction of a self-propagating high-temperature synthesis (SHS) as a result of successive formation of two phases in laminar nanostructure is offered. The effect of intermediate reaction on characteristics of SHS front was investigated. It is shown that the sequence of formation of phases influences greatly the parameters of SHS reaction front.
 
Ключевые слова: самораспространяющийся высокотемпературный синтез; реакционная диффузия; теплопроводность; фазообразование; мультислойные фольги
 
Поступила 21.06.2012
Опубликовано 31.08.2012
 
1. Ustinov A. I., Falchenko Yu. V., Ishchenko A. Ya. Diffusion welding of gamma-TiAl alloys through nano-layered foil of Ti/Al system // Intermetallics. – 2008. – Vol. 16. – P. 1043—1045.
2. Rogachev A. S. Exothermic reaction waves in multilayer nanofilms // Russian Chemical Reviews. – 2008. – Vol. 77. – P. 21—37.
3. Characterization of self-propagating formation reactions in Ni/Zr multilayered foils using reaction heats, velocities, and temperature-time profiles / S. C. Barron, R. Knepper, N. Walker, T. P. Weihs // J. of applied physics. – 2011. – Vol. 109. – P. 013519.
4. On the mechanism of heterogeneous reaction and phase formation in Ti/Al multilayer nanofilms / J.-C. Gachon, A. S. Rogachev, H. E. Grigoryan et al. // Acta Mater. – 2005. – Vol. 53. – P. 1225—1231.
5. Phase transformations during rapid heating of Al/Ni multilayer foils / C. Trenkle Jonathan, J. Koerner Lucas, W. Tate Mark et al. // Applied physics letters. – 2008. – Vol. 93. – P. 081903.
6. Запорожец Т. В., Гусак А. М, Устинов А. И. Моделирование стационарного режима реакции СВС в нанослойных материалах (феноменологическая модель). 1. Одностадийная реакция // Современ. электрометаллургия. – 2010. – Т. 1. – С. 40—46.
7. Tu K. N., Mayer J. W. Silicide Formation // Thin Films – Inter-diffusion and Reactions (Chapter 10). – New York: John Wiley&Sons, 1978. – P. 359.
8. Diffusion-controlled Solid State Reactions in alloys, ThinFilms, and Nanosystems / A. M. Gusak, S. V. Kornienko, Y. A. Lyashenko et al. – Berlin: WILEY-VCH, 2010. – 476 p.
9. Janssen M. P., Riek G. D. Reaction Diffusion and Kirkendall Effect in the Nickel-Aluminum System / // Trans. Met. Soc. AIME. – 1967. – Vol. 239. – P. 1372—1385.
10. Лариков Л. Н., Гейченко В. В., Фальченко В. М. Диффузия в упорядоченных сплавах. – Киев: Наук. думка, 1975. – 214 c.
11. Colgan E. G. A review of thin–film aluminide formation // Mater. Sci. Rep. – 1990. – 5, № 1. – P. 1—44.
12. Ma E., Nicolet M. A., Nathan M. NiAl3 formation in Al/Ni thin–film bilayers with and without contamination // J. Appl. Phys. – 1989. – Vol. 65. – P. 2703—2712.
13. Michaelsen C., Barmak K., Weihs T. P. Investigating the thermodynamics and kinetics of thin film reactions by differential scanning calorimetry // J. Phys. D: Appl. Phys. – 1997. – 30, № 23. – P. 3167—3186.
14. Ковалев О. Б., Неронов В. А. Металлохимический анализ реакционного взаимодействия в смеси порошков никеля и алюминия // Физика горения и взрыва. – 2004. – 40, № 2. – С. 52—60.
15. Гуров К. П., Карташкин Б. А., Угасте Ю. Э. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах. – М.: Наука, 1981. – 360 с.
16. D’Heurle F. M. Nucleation of a new phase from the interaction of two adjacent phases: Some silicides // J. Mater. Res. – 1988. – 3, № 1. – P. 167—195.
17. Запорожець Т. В., Полосухіна С. А. Комп’ютерна модель для мезоскопічного опису фазоутворення у багатошарових наноплівках // Вісник Черкас. ун-ту. – 2009. – Т. 171. – С. 28—39.
18. Gusak А. M., Yarmolenko M. V. A simple way of describing the diffusion phase growth in cylindrical and spherical samples // J. of Applied Physics. – 1993. – 73, № 10. – P. 4881—4884.
19. Nucleation and Growth in Nanosystems: Some New Concepts / А. M. Gusak, A. O. Bogatyrev, A. O. Kovalchuk et al. // Uspekhi Fiziki Metallov. – 2004. – Vol. 5. – P. 433—502.
20. Gusak A. M., Tu K. N. Interaction between the Kirkendall effect and the inverse Kirkendall effect in nanoscale particles // Acta Mat. – 2009. – 57, № 11. – P. 3367—3373.