Иридий (обозначение — Ir, атомный номер — 77): драгоценный металл, фактически являющийся представителем платиновой группы. Структурно отличается высоким параметром температуры плавления (2443°C), плюс высоким показателем плотности (22,56 г/см3). Металл имеет уникальные характеристики, в частности — механические свойства в условиях высоких температур, хорошую химическую стабильность, стойкость против окислений. Соответственно, очевидным видится применение непосредственно иридия и сплавов для нужд военной, электронной, авиационной, космонавтической и другой промышленности.
СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :
Уникальные особенности на редкий металл — иридий
Если рассматривать свойства, к примеру, сплава иридия и вольфрама (Ir-0,3%W), этот сплав успешно применяется для изготовления герметичных контейнеров под ядерное топливо (PuO2). Такой контейнер на основе металла иридия допустимо использовать длительное время в условиях температуры 2100-2200°C без риска повреждений.
Кроме того, плёнки иридия, изготовленные из целевых материалов, выступают идеальной основой под создание диффузионного барьера и затравочного слоя в процессе гальваники незатравленной меди (производство интегральных схем). Очевидно — материалы мишени, применяемые в составе интегральных схем, требуют высокой чистоты, компактного построения и мелкую зернистость структуры.
В отличие от других ГЦК металлов, фрактура иридия демонстрирует режим хрупкости при комнатной температуре. Ряд учёных полагают — хрупкость чистого иридия является результатом высокой плотности дислокаций, вызванной особой винтовой дислокацией в кристалле. Однако другими отмечается, что основной причиной хрупкости иридия является ковалентная связь с ориентацией, которая препятствует обработке и применению иридиевых продуктов.
Большинство исследователей сосредоточили внимание на характеристиках пластичности и механизмах разрушения поликристаллического иридия при деформации. Между тем, с целью лучшего понимания деформационного поведения различных металлов и сплавов, последние годы практикуется физическое моделирование в лабораторном масштабе.
Исследования иридия на современном этапе развития науки
Материальное уравнение и карта обработки построены на основе экспериментальных кривых. Кроме того, в сочетании с микроструктурами доступен механизм деформации. Однако существует крайне мало исследований, которыми объясняется:
- поведение деформации,
- микроструктурные изменения,
- механические свойства,
- энергия.
Для последнего значения списка имеется в виду потребление в моменты пластической деформации при сжатии поликристаллического иридия.
Сопротивление деформации при сжатии поликристаллического иридия исследовалось в диапазоне температур 900-1400°C и при скоростях деформации E = 0,2 с–1 – 20 с–1. Однако микроструктурные изменения и механические свойства в ходе этих исследований отмечались редко. Также следует отметить, что доступен ограниченный объём данных, относящихся к механическим свойствам иридия в диапазоне температур 1650-2300°C.
В частности, деформационные свойства чистого иридия исследовались посредством испытаний на горячее сжатие в диапазоне температур 1200-1500°C и диапазоне скоростей деформации 10-3 с-1 – 10-1 с-1. Определялось влияние на деформацию параметров — температуры и скорости напряжения при пластической деформации. Плюс количественно анализировалась эволюция микроструктуры и механических свойств.
На основе модели гиперболического синуса и модели динамического материала разработаны материальное уравнение (CE — Constitutive Equation) и карты обработки (PM — Processing Maps) чистого иридия. Кроме того, параметры процесса формовки оптимизированы на основе CE и PM. Можно считать это базовой основой под разработку и оптимизацию процесса формования чистого иридия.
Материалы и методика под разработку и оптимизацию
Под проведение экспериментов учёными, как правило, берётся чистый иридий, полученный из цилиндрического стержня посредством электроннолучевой зонной плавки. Уровень чистоты иридия составляет 99,95%. Плотность материала отмечается на уровне 22,37 г/см3, тогда как относительная плотность достигает значения 99%, соответственно.
Микро-твёрдость исследуемых структур должна иметь значения не менее 450. Таблица ниже демонстрирует концентрации примесей, характерных для испытательных образцов иридия. Цилиндрические образцы вырезаются из кованого прутка иридия и обрабатываются до конечных размеров 6 и 9 мм по диаметру и длине, соответственно.
| Химический элемент | Количество частей на миллион (ppm) |
| Платина (Pt) | 30 |
| Рутений (Ru) | 30 |
| Родий (Rh) | 10 |
| Палладий (Pd) | 10 |
| Золото (Au) | 10 |
| Серебро (Ag) | 10 |
| Медь (Cu) | 10 |
| Железо (Fe) | 10 |
| Никель (Ni) | 10 |
| Кремний (Si) | 10 |
Методика тестирования горячим сжатием
Достаточно удачной видится методика под эксперименты с применением тестера «Gleeble-1500D». Тестирование деформационного поведения иридия осуществляется здесь при термическом сжатии в диапазоне температур 1200-1500°C и с учётом диапазона скоростей деформации от 10-1 с-1 – 10-3 с-1.
В условиях вакуума образцы предварительно нагреваются до температуры сжатия с учётом скорости нагрева 20°C/с и выдерживаются при этой температуре в течение времени – 60 с. Затем доводятся до истинной деформации — 0,6.
Температурное отклонение тестера допустимо в пределах 10°C. Деформированные образцы закаливают, чтобы сохранить деформированную при высокой температуре микроструктуру для последующего анализа. Для исследования профиля твёрдости сжатых образцов применяется вольфрамовый индентор, оснащённый сферическим наконечником.
Для уменьшения трения и повышения равномерности деформации в моменты проведения испытаний на термическое сжатие используют листы графита и тантала. Температурно-временная диаграмма испытания на тепловое сжатие представлена картинкой выше.
Характеристика микроструктуры металла иридий
Образцы для микроструктурного анализа вырезаются из центральной области деформированных образцов по направлению сжатия. Далее образцы шлифуются и вытравливаются электролитической технологией с применением 100 мл насыщенного раствора NaCl, содержащего 35 грамм H и 3–5 грамм HCl.
Аппарат, применяемый для электролитической коррозии, показан на картинке выше. Также используются прецизионные инструменты SEM TM4000PLUS фирмы «Hitachi», оптическая микроскопия PMG3 производства «Olympus». Посредством этого набора ведётся наблюдение и анализ деформационной микроструктуры.
При помощи информации: MDPI