V Ч /КГ, Р. \Т, ТгГ

С, = 1п(^-)(41)

Скорость и направление роста иитерметаллидной прослойки в изотермических условиях определяются соотношением скоростей парциальных коэффициентов диффузии атомов твердого и жидкого металлов через эту прослойку.

Экспериментально показано [50], что парциальный коэффициент диффузии атомов контактирующих твердых и жидких металлов через иитерметаллидные прослойки существенно выше, чем непосредственно через эти металлы и их растворы. Учитывая высокую подвижность атомов более легкоплавкого из контактирующих металлов, можно полагать, что особенно «прозрачны» такие прослойки для атомов легкоплавких металлов. Это подтверждается иа примере системы железо — цинк. Через иитерметаллидные слои, образующиеся на границе железа с жидким цинком, диффундирует преимущественно цинк, и скорость его диффузии определяет скорость всей реакции. Вероятно, поэтому рост интерметаллида происходит от границы т—ж преимущественно в сторону твердого металла.

Атомы жидкого металла, имея высокий парциальный коэффициент диффузии в прослойку, «перехватывают» атомы тугоплавкого металла, диффундирующие через эту же прослойку с меньшей скоростью к границе ее с жидким металлом, и связывают их в химическое соедипеиие.

Поэтому при появлении интерметаллидиых прослоек иа меж фазной границе твердого металла с более легкоплавким жидким процесс химической эрозии твердого металла в жидком резко тормозится [32], а рост иитерметаллидной прослойки в этом случае будет идти преимущественно в сторону твердой фазы. Следовательно, можно предположить, что рост интерметаллида в сторону жидкой фазы может иметь место в основном тишь при кристаллизации за счет атомов твердого металла, рас плавившегося в контакте с жидким до образования иитерметаллидной прослойки. Прирост при этом иитерметаллидной прослойки по ширине будет тем больше, чем выше предельная растворимость твердого метала в жидком и меньше предельная растворимость в твердом.

Во многих случаях металлы А к В способны к образованию нескольких ннтерметаллидов. В работе М. Г. Окиова экспериментально показано, а затем подтверждено другими авторами, что, как правило, при контакте твердого и жидкого металлов,

способных к образованию нескольких ннтерметаллидов, возникает и растет прежде всего ннтерметаллид, богатый легкоплавким металлом, непосредственно вступающим в контакт с более тугоплавким твердым.

Другой важной особенностью роста многослойных прослоек является образование лишь термодинамически возможных ии-терметаллидов. гомогенных по структуре, гетерогенные же нх смеси образоваться не могут (1=2—3+1=0) для двойных систем.

Если по диаграмме состояния интерметаллидиая фаза образуется в некоторой гомогенной области, то внутри иитерметаллидной прослойки обычно имеет место градиент концентрации. При этом между прослойками ннтерметаллидов наблюдаются концентрационные скачки, обусловленные отсутствием между ними промежуточных гетерогенных смесей. Такие иитерметаллидные прослойки растут только путем диффузии за счет градиента концентрации.

Рост прослоек сингулярных фаз также в принципе возможен, но в результате процессов самодиффузии и, вероятно, под действием электрических полей.

Данные о подготовительном периоде, а также энергии активации роста и факторов, влияющих на них, имеют важное значение, так как позволяют регулировать возникновение и рост интерметаллидиых прослоек.

При больших значениях энергии активации Q и достаточно низких температурах пайки 1П подготовитетьиый период то может быть настолько большим, что станет соизмеримым со временем контакта жидкого припоя с паяемым материалом при пайке, и прослойка интерметаллида может не образоваться или иметь весьма малую толщину.

Скорость роста интерметаллидиых слоев, их состав и структура определяются ие только термодинамическими, но и кинетическими факторами — скоростью протекания реакции и характером перехода из одного равновесного состояния в другое, иногда через метастабильиые состояния. В этих условиях порядок появления ннтерметаллидов может ие соответствовать порядку их чередования, предусмотренному равновесной диаграммой состояния.

Влияние кинетического фактора проявляется, например, при взаимодействии твердого металла в условиях торможения поступления жидкого металла. Так, например, при контакте никеля и его сплавов с жидким алюминием образуется прослойка Л13Х1 или две прослойки А13№ и А13№2.

Если иа образец из ииксля предварительно напылить тонкий слой алюминия и таким образом затормозить поступление жидкого алюминия к месту контакта с никелем, то при контакте с жидким алюминием при 950°С образуется прослойка №А1 или Х.зА1+№А1.

87