Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН

1. Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН г.Черноголовка, Московская обл., Россия Возможности пакетной прокатки и диффузионной сварки для получения многослойных микро- и нанокомпозитных функциональных материалов В.П.Коржов, М.И. Карпов

2. Работа посвящена исследованию многослойных ком-позитных материалов, в которых микро- и нанометровыми элементами выступают слои металла. Если в кристалличе-ских материалах размерным фактором являетсядиаметр зерен то в многослойных композитах – толщина слоёв. Для получения многослойныхнанокомпозитных материалов разработана технология повторяющейся пакетной прокатки. Суть технологии: вначале каждого цикла собирается много-слойный пакет, который подвергается сначала прокатке на вакуумном прокатном стане с предварительным нагревом, после чего пакет сваривается, превращаясь в монолитную заготовку, и затем прокатывается при комнатной температу-ре до ленты тонкого сечения. В первом цикле пакеты соби-рается из чередующихся фольг двух или более разнородных металлов или сплавов, а в каждом из последующих циклов уже из многослойных фольг после предыдущего цикла. Та-ким образом, отдельная фольга претерпевает колоссальную суммарную деформацию.

3. Сборка пакета Вакуумная горячая прокатка Холодная прокатка Фольга толщиной 0,5 мм Слой толщиной 10 нм за трицикла Рис. 1. Получение многослойных композитов. Схема одного цикла Многослойные композиты: Cu/Fe, Cu/Nb, Cu(Nb/NbTi), Cu[Cu(Nb/NbTi)],Cu(Nb/NbZr), Cu/Ag. Отличительная особенность этой группыкомпозитов заключалась в том, что ожидаемые свойства, например сверхпроводящие, проявлялись непосредственно после прокатки в последнем цикле.

4. Композит Cu(Nb/NbTi) В сверхпроводящих композитах с сплавами Nb-30 и 50 масс.%Tiзакрепление вихревых нитей происходило на межслойных границах. Об этом свидетельствовала анизо-тропия критической плотности тока jc||/jc, достигавшая в магнитном поле 7 Тл гигантских значений 1000-2000, если критический ток измерять при параллельной (||) и перпенди-кулярной () ориентации плоскости прокатки композита по отношению к направлению внешнего магнитного поля. в а б Рис. 2. Микроструктура поперечного сечения многослойных лент Cu/Nb/Nb31Ti: а – растровая электронная микроскопия; б и в – просвечивающая электронная микроскопия,

5. Н ||плоскости прокатки Н  плоскости прокатки Рис. 4. jc/jcв зависимости от толщины слоя из сплавов ниобия с 31 (1, 2 и 6) и 50%Ti (3-5) в Н = 6 Т Рис. 3. Зависимости jc от H для композита Nb/Nb30Ti Композит Ni/Al Вторая группа– композиты из металлов c неограниченной растворимостью или образующих химические соединения: Nb/Al, Ni/Al, Nb/Ti, Ti/Ni, Ti/Al и трёхкомпонентный композит Cu12Sn/(Cu/Nb). Они являются исходными для получения функциональных материалов после термической обработки.

6. Ni3Al а б Ni(Al) Рис. 5. Композит Ni/Al. Диффузионная сварка под давлением(а) 600С/2 ч + 1100C/30 мин; слоистая структура – чередующиеся слои Ni3Al и тв. р-ра Al в Ni; (б) 600С/2ч + 1100C/1 ч; структура – слои соединения Ni5Al3

7. TiNi3 Ti2Ni TiNi тв. р-р Ni в Ti Композит Ti/Ni a б TiNi3 Рис. 6. Микроструктура поперечного сечения микрокомпозитной ленты TiNi : (a)после прокатки и отжига при 800С; (б) после прокатки и термической обработки при 1000С по давлением; структура – эвтектика TiAl + TiNi3(игольчатые выделения),как основная структурная составляющая и выделения интерметаллида TiNi3

8. Cu12Sn 4 Cu/Nb-фольги после 2-го цикла Cu Отжиг при 600-950С Cu(Sn) Cu(Nb)/Nb3Sn Cu Нанокомпозит Cu[Cu12Sn/(Cu/Nb)] Cu(Sn) Cu Cu(Sn)/Nb3Sn