АКУСТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЛЕНТОЧНЫХ МЕДЬ-НИОБИЕВЫХ
МИКРО- И НАНОКОМПОЗИТОВ В ОБЛАСТИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

 

Семеренко Ю.A.1, М.А. Тихоновский2, В.И. Колодий2

1Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины

пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина, e-mail: semerenko@ilt.kharkov.ua

2Национальный научный центр ”Харьковский физико-технический институт”

ул. Академическая, 1, г. Харьков, 61108, Украина, e-mail: tikhonovsky@kipt.kharkov.ua

 

В области температур 5¸325 K, подробно изучены температурные зависимости декремента d, динамического модуля Юнга Е микро- и нанокомпозита Cu-Nb. Акустические измерения были выполнены методом резонансной акустической спектроскопии на изгибных колебаниях частотой ~3кГц с электростатическим возбуждением свободного образца Температура измерялась с точностью 50 мK при помощи Cu-константановой термопары и AsGa термометра. Скорость термоциклирования ~ 1 K/мин.

В качестве исходного материала для приготовления микрокомпозитов использовали слитки номинального состава Cu-35% Nb (по массе) выплавленные в дуговой вакуумной гарнисажной печи в атмосфере гелия. Исследования слитков методом химического анализа показало, что ликвация Nb Низкая концентрация примесей внедрения (C 0.015÷0.030%, O 0.006÷0.018%, H 0.001÷0.003%, N 0.002÷0.006%) обусловливает низкую твердость и высокую пластичность слитков, что позволяет в дальнейшем провести их глубокую пластическую деформацию. Полученный после плавки слиток диаметром 95 мм протачивали на диаметр 90 мм, очехловывали листовой медью, заваривали чехол электронным лучом в вакууме и продавливали при температуре 750о С на прессе усилием 1500 т в доскообразную заготовку толщиной 22 мм, которую затем прокатывали в ленту шириной 100 мм и толщиной 2 мм. Затем ленту сворачивали в рулон и отжигали в вакууме при температуре 650о С в течение 3 часов для снятия наклепа. Далее ленту прокатывали на многовалковом стане до толщины 80 мкм без промежуточных отитов. Изучению механических, электрических и структурных свойств Cu-Nb микрокомпозита посвящена работа [1]. По данным этой работы структура микрокомпозитов представляет собой ниобиевые включения (дендриты), равномерно распределенные в медной матрице и вытянутые вдоль направления прокатки в длинные тонкие ленты (см. рис. 1).

 

Рис. 1 Микроструктура микрокомпозитной ленты: а) продольное сечение х500; б) ниобиевое волокно х75000.

Далее для получения нанокомпозитной ленты исходные  микрокомпозитные ленты (80 штук) собирались в пакет, который компактировался методом прокатки в вакууме при температуре » 800о С. В результате  между лентами была достигнута прочная металлическая связь. Полученная заготовка затем раскатывалась при комнатной температуре в нанокомпозитные ленты толщиной 105 мкм. Структуру полученных нанокомпозитов исследовали на электронных микроскопах (растровом и на просвет). Растровые снимки микроструктуры ленточных нанокомпозитов приведены на рис. 2. Фактически, на этих снимках видны только «макроструктурные элементы» нанокомпозитов, представляющие собой исходные микрокомпозитные ленты. Внутренняя «наноструктура» этих элементов при таких увеличениях не выявляется.

 

 

Рис. 2 Структура нанокомпозитной ленты при различных увеличениях (поверхность шлифа протравлена)

На рис. 3 показаны температурные зависимости динамического модуля Юнга и декремента колебаний измеренные в микро и нанокомпозите Cu-Nb. Анализ всей совокупности экспериментальных данных позволяет утверждать, что акустические свойства композита, в основном, определяются свойствами медной матрицы.

б

 

а

 

Рис. 3 температурные зависимости динамического модуля Юнга и декремента колебаний в композите Cu-Nb: а) микро композит, б) нанокомпозит.

1.        М.А. Тихоновский, А.А. Куприянов, А.И. Пикалов, П.И. Стоев, С.П. Стеценко, Металлофизика новейшие технологии 28 (2006).