Диаграммы состояния

Наиболее перспективными в настоящее время материалами для твердотельных диэлектрических лазеров являются соединения сложных оксидов редкоземельной группы элементов и алюминия. Рассмотрим их свойства на примере диаграммы состояний двойной системы V2O3 — A12O3, но вначале поясним, что такое диаграммы состояний бинарных систем и как ими пользоваться.

§ 20. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЙ БИНАРНЫХ СИСТЕМ

36. Диаграммы состояний (а) и плавности (б) бинарной системы с полной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях

Диаграммы состояний бинарных систем с устойчивыми химическими соединениями характерны для тех случаев, когда составы жидкости и химического соединения аналогичны (конгруэнтное плавление).

7. Для чего используют диаграммы состояний бинарных систем?

§ 20. Диаграммы состояний бинарных систем..... 67

1. Изобразить временные диаграммы состояний триггеров трехразрядного счетчика импульсов.

Аустенит, находящийся в любой части диаграммы состояний выше 727 °С (см. 1.12), остывая и подходя к 727 °С, т. е. к ли-

Углеродистые стали. Углеродистые стали занимают левую часть диаграммы состояний на 1.12. Пользуясь этой диаграммой для оценки свойств отожженных, т. е. находящихся в равновесном фазовом состоянии сталей, надо помнить отличия химического состава их фаз — феррита и цементита — и металлургические дефекты, которые привносятся в них при выплавке и которые влияют на их механические и другие свойства. Марганец и кремний, попадающие в сталь из чугуна, а также вводимые в нее дополнительно при раскислении, растворяются в феррите, а марганец — в цементите. Благодаря этому при сохраняющейся пластичности несколько возрастают прочность и твердость стали (пластичность и вязкость снижаются при более высоком, чем примесное, содержании Мп и Si).

Чугуны. Показанные в правой части диаграммы состояний на 1.12 чугуны являются двухкомпонентными белыми чугунами, в которых весь углерод химически связан в цементит.

Как пример, давайте спроектируем регистровую ПМЛ для диаграммы состояний на 8.80. Это-торговый автомат, предназначенный для выдачи бутылки сладкой шипучей жидкости, когда опущено 25 цент или более. Существует некоторый вид монетного интерфейса, который «заглатывает», распознает монету и посылает на наш ПМЛ 2-битовый входной сигнал (С1, СО), действительный для одного такта, показывающего монету, которую опустили (01-5 цент, 10-10-цент монета, 11 - 25-цент монета, 00 - нет монеты). Задача машины состояний добавлять к общему вкладу и формировать выход, называемый «бутылка», когда опущено достаточно монет.

Монокристаллы на основе бинарных систем оксидов редкоземельных элементов Ln и алюминия являются наиболее перспективными материалами для изготовления активных элементов твердотельных лазеров. Диаграммы состояния систем Ln2O3 — А12О3

На 2.8(а) заштрихованная область представляет сверхпроводящее состояние, а незаппрИАОванная область вне кривой PQ — нормальное состояние материала. Эта кривая называется граничной кривой. Если материал используется в условиях температуры и магнитной индукции, соответствующих точке X диаграммы состояния, то сверхпроводимость может быть нарушена при нагреве (переход через кривую PQ в точке Y) или при повышении магнитной индукции (переход через кривую PQ в точке Z), а в более общем случае в результате одновременного повышения как температуры, так и магнитной индукции с пересечением пограничной кривой PQ в любой ее точке между точками Y и Z, Так как впервые ставшие известными сверхпроводники (простые сверхпроводники) имели лишь весьма малые значения В№ с (левая часть табл. 2.1), попытки практического использования явления сверхпроводимости были оставлены почти на 50 лет, вплоть до открытия твердых сверхпроводников в 50s годах нашего столетия.

Диаграммы состояния систем, в которых образуются полупроводниковые соединения с незначительным (по абсолютной величине) давлением пара в точке плавления, так называемые неразлагающиеся соединения, изображают так же, как и большинство диаграмм состояния металлических систем, в координатах Т — х (температура — состав). Примеры таких диаграмм приведены на 1.3).

1.5. Проекции линии трехфазного равновесия пространственной диаграммы состояния системы Ga—As на координатные плоскости Т—х (а), р—х (бК Т—р (в) и участок линии ликвиус с изобарами, кПа, соответствующими определенному составу расплава (г): / _ J.4; j — 5,6; 3 — 10.5; 4 — 20; 5 — 38; 6 — 71; 7 — 130; 8 — 840

Для получения расплавов испаряющихся полупроводниковых соединений заданного состава необходимо создавать над ними равновесное-давление пара самого соединения. Для получения расплавов разлагающихся полупроводниковых соединений заданного состава над ними необходимо создавать равновесное давление пара летучего компонента. Его величину определяют по данным пространственной диаграммы состояния ( 1.4), построенной в координатах р—Т—х (давление — температура — состав).

Диаграммы состояния двухкомпонентных систем в макромасштабе применяют для расчетов процессов синтеза и кристаллизации полупроводниковых соединений. Помимо рассмотренных выше диаграмм состояния систем, в которых образуются разлагающиеся полупроводниковые соединения, к ним относятся также квазибинарные диаграммы состояния, представляющие квазибинарные политермические разрезы; тройных диаграмм состояния. Из них для практических целей наибольший интерес представляют диаграммы состояния систем, образующих непрерывный ряд твердых растворов полупроводниковых соединений. Если в число компонентов твердого раствора входят разлагающиеся полупроводниковые соединения, то их Т — х диаграмма состояния1 ( 1.6, а) может быть дополнена проекциями р — Т или Т — р линии трехфазного равновесия ( 1.6, б, в).

В первом случае используют диаграммы состояния в координатах Т — х (см. 1.5, а) или линии ливкидус таких систем в координатах х — Т ( 1.7,о) или х—1/Т. Во втором случае для полупровод-жиковых соединений применяют политермические разрезы тройной

диаграммы состояния, два компонента которой образуют полупровод-

яиковое соединение ( 1.7,6), или кривые растворимости соединения в металлах ( 1.7, б). Для элементарных полупроводников используют диаграммы состояния полупроводник—примесь или линии ликвидус в координатах х—1/Т ( 1.7, г).

Диаграммы состояния трехкомпонентных систем, используемых для

1.8. Диаграммы состояния трехкомпонентных полупроводниковых систем на примере QaAs—GaP—Qa: а — изотермы ликвидус