二元snzn合金的電阻特性隨溫度變化研究

1、基金項目：基金項目：國家自然科學基金資助項目(50371024)；國家教育部重點項目(104106)作者簡介：作者簡介：余瑾（1961－），男，武漢人，副教授，碩士生導師，博士生；研究方向：液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)通訊作者：通訊作者：祖方遒，電話：0551－2905057；E－mail：fangqiuzu@二元二元SnZnSnZn合金的電阻特性隨溫度變化研究合金的電阻特性隨溫度變化研究余瑾張燕祖方遒席赟李先芬徐煒丁厚福（合肥工業(yè)大學材料科學與工程學

2、院，合肥230009）摘要：摘要：本文通過采用直流四電極法，研究了常壓下SnZn合金系的電阻率隨溫度連續(xù)升溫的變化規(guī)律。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，合金SnZn5，SnZn8.8，SnZn20，SnZn30，SnZn40，SnZn50和SnZn70分別在970℃1008℃957℃950℃948℃926℃和873℃處發(fā)生了電阻率的突變現(xiàn)象.對合金和的進一步分析研究證明了SnZn熔體電阻率在高溫時的突變是由Zn在SnZn熔體中的大量汽化造成的，也即在此處

3、發(fā)生了液－氣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，表明了在SnZn合金在完全熔化至發(fā)生液－氣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的連續(xù)升溫過程中，合金中并未有某種液液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的發(fā)生。說明液液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變并非存在于在所有二元合金系中。此結(jié)果對液態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變在二元合金中的普適性的研究和認識具有重要意義。中圖分類號中圖分類號：61.20.Gy61.25.Mv61.46.w66.30.Qa關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：SnZn合金；液態(tài)結(jié)構(gòu)；電阻率；氣化StudyoftheChangeofElectricalResis

4、tivitywithTemperatureofSnZnalloysYuJinZhangYanZuFangqiuXiYunLiXianfengXuWeiDingHoufu(CollegeofMaterialsScienceEngineeringHefeiUniversityofTechnologyHefei230009）Abstract:Thepatternsofelectricalresistivityoftinzinc(SnZn)al

5、loyswithdifferentcompositionshavebeeninvestigatedasafunctionoftemperatureusingtheD.C.fourprobetechniqueoveralargetemperaturerangeattheconstantpressure.Theresultsshowthatsometransitionsoccuratthetemperatureof970℃1008℃957℃

6、950℃948℃926℃873℃.Butaccdingtotheanalysisoftheresistivitytemperature(ρT)curvestheobtainedsignificantabnmalvariationoftheelectricalresistivityinhightemperatureinSnZnalloysisconsideredtobecausedbytheabundantgasificationofZn

7、componentinSnZnalloysnamelytheliquidgasstructuretransitiontakesplaceinmelts.AlsowecanpresumethatnotemperatureinducedLLstructuretransitionexistsinSnZnmelts.SuchfindingisinterestingoffersanewcognitiontothetheyoftheLLstruct

8、urechanges.PACScodes:61.20.Gy61.25.Mv61.46.w66.30.QaKeywds:SnZnalloysliquidstructureelectricalresistivitygasification1.1.引言引言在過去的幾十年內(nèi)，對于合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)隨溫度或是壓強轉(zhuǎn)變的實驗和理論研究已經(jīng)取得了很大進步。一元系液體，如CsBiGaSiSeCH2O和SiO2[18]等，甚至在一些多元液態(tài)系統(tǒng)如Al2O3Y

9、2O3[9]中，都被發(fā)現(xiàn)存在液液相轉(zhuǎn)變。隨著對溫度誘導或壓強誘導的液態(tài)結(jié)構(gòu)不連續(xù)轉(zhuǎn)變理論的廣泛認識，人們已經(jīng)采用了多種方法來探索和研究合金中的液液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。祖方遒等觀察到純Sn、Zn的固態(tài)電阻率都隨溫度呈線性增加，其電阻率溫度系數(shù)dρdT分別是0.0452和0.02495。當試樣熔化時，他們的電阻率分別從18.7μΩcm突然增加到42.3μΩcm、從15.15μ?cm增加到32.89μ?cm。這是因為電子在無序液體中移動時其電子平均

10、自由程更短，所以離子排列相對無序的液態(tài)金屬比相應的帶有更加有序的原子排列的固態(tài)金屬有更高的電阻率[2223]。隨著溫度的繼續(xù)升高，熔體Sn的電阻率在所測的溫度范圍內(nèi)是線性增加的，其電阻率－溫度方程為ρ=37.428460.022868T。然而，熔體Zn在完全熔化以后，其電阻率隨溫度的增加逐漸減小，也即液態(tài)Zn具有負的電阻率溫度系數(shù)，這與文獻[2425]所報道的相一致。如圖3所示，當溫度到達907℃時，電阻率出現(xiàn)突然增加，Zn完全汽化了。

11、圖4的(a)(b)(c)(d)(e)(f)和(g)分別為合金Sn8.8%Zn，Sn5%Zn，Sn20%Zn，Sn30%Zn，Sn40%Zn，Sn50%Zn和Sn70%Zn的電阻率隨溫度的變化曲線圖。七種SnZn合金的電阻率變化規(guī)律明顯與純金屬的不同。在合金熔化溫度范圍內(nèi)，對于過共晶成分SnZn20，SnZn30，SnZn40，SnZn50和SnZn70合金而言，由于合金中先析共晶體的存在，電阻率先是突然增加一定值，然后以稍微平緩的速度隨

12、溫度的上升而增加；隨著Zn含量在合金中的增加，則合金中的先析共晶體含量減少，所以電阻率突然上升的幅度變小，而隨溫度平緩增加的幅度增大。對亞共晶成分SnZn5合金而言，由于合金中的先析共晶體含量極少，所以在熔化溫度范圍內(nèi)，在電阻率溫度曲線上幾乎觀察不到類似的現(xiàn)象。隨著溫度的不斷升高，這七種合金的電阻率都在液相線以上幾百度的溫度范圍內(nèi)發(fā)生了突變現(xiàn)象，但在電阻率突變之前都隨溫度線性增加，而在突變之后，電阻率隨溫度的變化呈遞增趨勢。可以在電阻率

13、－溫度曲線上，清楚地觀察到每個成分電阻率突變的溫度點，如SnZn5在970℃，SnZn8.8在1008℃，SnZn20在957℃，SnZn30在950℃，SnZn40在948℃，SnZn50在926℃，SnZn70在873℃。表1列舉了七種成分在升溫過程中電阻率變化的其他一些特征值。從上述實驗結(jié)果描述可知，SnZn熔體也發(fā)生了類似于在BiIn、PbSn、PbBi等合金中發(fā)現(xiàn)的在高溫區(qū)的電阻率突變現(xiàn)象。而對于BiIn、PbSn、PbBi合