Distribution coefficients of admixtures in TiN

Abstract

In the paper the results of the systematic study of tin - admixture binary systems are presented. The values of distribution coefficients of admixtures in Sn give us information about distributing ability of the individual admixtures and impurity elements in tin by zone melting. The correlation periodical dependence of the distribution coefficients of admixtures in tin on atomic number of the admixtures was determined.

V práci jsou uvedeny výsledky systematického studia binárních systémů cín - příměs. Hlavním materiálovým parametrem rozdělování příměsí mezi tekutou a tuhou fází je rozdělovací koeficient ko příměsi B v základní látce A definovaný jako izotermní poměr koncentrace příměsi na křivce solidu XSB (at. %) ke koncentraci na křivce likvidu XLB (at. %) v binárním systému kov-příměs (1). Rovnovážný rozdělovací koeficient ko nabývá hodnot větších nebo menších než 1 podle toho, zda příměs snižuje teplotu tání TmA základní složky (ko<1) pro eutektické systémy nebo zvyšuje teplotu tání základní složky (ko>1) pro peritektické typy binárních systémů A-B. Pro výpočet křivek solidu a likvidu v binárních soustavách byla autory již dříve vypracována metodika [1,2], podle které mohou být křivky solidu a likvidu vyjádřeny polynomem druhého řádu (2) tak, aby odpovídaly realitě zejména v oblasti přilehlé k základní složce A. Průběh křivek je v oblasti nízkých koncentrací příměsí kontrolován termodynamicky [4]. Extrapolací funkčního průběhu křivek solidu a likvidu do oblasti zředěných roztoků (X→ 0) lze vyjádřit limitní hodnotu ko lim dle (4). Jako vstupní termodynamické hodnoty byly pro výpočty použity: teplota tání Sn = 232 °C, molární entalpie tání Sn = 7029 J.molSnMTSnMH∆-1. Binární fázové diagramy cín – příměs lze rozdělit do pěti typů - viz obr. 1 [5-15]. Z obr. 1 ke patrné, že všechny příměsi teplotu tání cínu snižují, kromě antimonu, který má ko>1. V tab. I jsou shrnuty parametry rovnic křivek solidu a likvidu (2) včetně teplotního rozsahu jejich platnosti od až po udanou teplotu. Dále jsou zde uvedeny význačné body fázových transformací – eutektických či peritektických reakcí a vypočtené limitní hodnoty rovnovážných rozdělovacích koeficientů pro 15 vybraných příměsí v cínu kSnMTo lim, jakož i hodnoty rozdělovacích koeficientů při eutektické či peritektické teplotě ko EP. Z hodnot ko lim a hodnot rozdělovacích koeficientů dle různých autorů shrnutých v tab. II byla sestavena periodická korelační závislost rozdělovacích koeficientů příměsí v cínu na protonovém čísle příměsí – viz obr. 2. Tato korelační závislost vykazuje pravidelná maxima a minima vzájemně oddělená hodnotami ko inertních plynů. Hodnoty rozdělovacích koeficientů příměsí v Sn nám dají důležité informace o rozdělovací schopnosti jednotlivých příměsí a nečistot v cínu při zonálním tavení a směrové krystalizaci. Rozdělovací koeficienty jsou hlavním materiálovým parametrem chemických nestejnorodostí vznikající při krystalizaci a známých jako dendritická segregace.