27.Электрические свойства металлических сплавов

Статическое распределение атомов различных сортов по узлам кристаллической решетки вызывает значительные флуктуации периодического поля кристалла, что, в свою очередь, приводит к сильному рассеянию электронов. Как и в случае металлов, полное сопротивление сплава можно выразить в виде суммы двух слагаемых: ρСПЛ = ρТ + ρОСТ, Специфика твердых растворов состоит в том, что остаточное сопротивление может существенно (во много раз) превышать тепловую составляющую. ρОСТ = С·ХА·ХВ = С·ХВ·(1–ХВ) Это соотношение получило название закона Нордгейма. Из него следует, что в бинарных твердых растворах А-В остаточное сопротивление увеличивается как при добавлении атомов А к металлу В, так и при добавлении атомов В к металлу А. Причем это изменение характеризуется симметричной кривой. Закон Нордгейма довольно точно описывает изменение удельного сопротивления непрерывных твердых растворов в том случае, если при изменениях состава не наблюдается фазовых переходов и ни один из компонентов не принадлежит к числу переходных или редкоземельных элементов. Примером подобных систем могут служить сплавы Аu – Аg, Сu – Ag Сu – Аu, W – Мо и др. Чем больше удельное сопротивление сплава, тем меньше его ТКρ. Это вытекает из того, что в твердых растворах остаточное сопротивление, как правило, существенно превышает тепловое сопротивление и не зависит от температуры. В соответствии с определением температурного коэффициента:

При более сложных составе и структурах по сравнению с чистыми металлами сплавы нельзя рассматривать как классические металлы, т.е. изменение проводимости их обуславливается не только изменением длины свободного пробега электронов, но и частичным возрастанием концентрации носителей заряда при повышении температуры. Сплав, у которого уменьшение длины свободного пробега с увеличением температуры компенсируется возрастанием концентрации носителей заряда, имеет нулевой температурный коэффициент удельного сопротивления. Линейная зависимость между остаточным сопротивлением и концентрацией примесных атомов в металле: ρост = С·ХВ, Некоторые сплавы имеют тенденцию образовывать упорядоченные структуры или интерметаллические соединения, если при их изготовлении выдержаны определенные пропорции в составе. Упорядочение структуры происходит ниже некоторой характеристической температуры ТКР, называемой температурой Курнакова. Например, сплав, содержащий 50ат.% Сu и 50 ат.% Zn (-латунь), обладает объемноцентрированной кубической структурой. При Т>360°С атомы меди и цинка распределены по узлам решетки случайным образом, статистически. Ниже этой критической температуры сплав упорядочивается таким образом, что атомы меди располагаются в вершинах куба, а атомы цинка - в центре кубических ячеек. В системе Сu-Аu упорядочение наблюдается у составов СuАu и Сu3Аu. Образование упорядоченной структуры сопровождается снижением удельного сопротивления твердого раствора, причем весьма. В том случае, когда компоненты бинарной системы не обладают взаимной растворимостью в твердом состоянии, структура застывшего после кристаллизации сплава представляет собой смесь двух фаз. Удельное сопротивление таких гетерофазных сплавов в первом приближении линейно изменяется с изменением состава, т.е. возрастает пропорционально содержанию металла с большим значением р. Однако в силу значительной структурной чувствительности электрических свойств неоднородных материалов возможны заметные отклонения от простой аддитивности, вызванные размерами частиц, их формой, распределением в материале. Например, если одна из фаз образует непрерывно связанную матричную основу, в которую вкраплены несоприкасающиеся между собой частицы другой фазы, то удельную проводимость смеси следует рассчитывать по формуле: