Structure, Strength and Conductive Properties of Vacuum Cu-Ta Condensates

Abstract

Structure, strength and electrical conductivity of Cu-Ta vacuum condensates with a tantalum concentration from 0.1 to 3 at % is studied. Depending on the content of tantalum, the condensates have different structural states: one- and two-phase, supersaturated tantalum solution in FCC copper lattice. Alloying of copper condensates with tantalum reduces the grain size from ~ 3 µm to ~ 50 nm. The optimum ratio of strength properties and electrical conductivity is realized at a tantalum content of ~ 0.4 – 0.5 at. %. In this case, the ultimate tensile strength reaches ~ 1000 MPa with an electrical conductivity of ~ 50 % of the single- component copper. It is shown that the main contribution to the increase in strength is made by grain boundary strengthening due to the decrease in the grain size and the increase in the Hall-Petch constant.

Вивчено структуру, міцнісні та електропровідні властивості вакуумних конденсатів Cu-Ta з концентрацією танталу від 0.1 до 3 ат. %. Залежно від вмісту танталу об'єкти дослідження мають різний структурний стан: одно- і двофазний, пересичений розчин танталу в ГЦК рещітці міді. Легування конденсатів міді танталом знижує величину зерна від ~ 3 мкм до ~ 50 нм. Оптимальне співвідношення міцнісних властивостей і електропровідності реалізується при вмісті танталу ~ 0.4-0.5 ат. %. При цьому межа міцності сягає ~ 1000 МПа при електропровідності ~ 50 % від однокомпонентної міді. Показано, що основний внесок в збільшення міцності вносить зернограничне зміцнення через зменшен- ня величини зерна і підвищення коефіцієнта Холла-Петча.

Изучены структура, прочностные и электропроводящие свойства вакуумных конденсатов Cu-Ta с концентрацией тантала от 0.1 до 3 ат. %. В зависимости от содержания тантала вакуумные конденсаты имеют различное структурное состояние: одно- и двухфазное, пересыщенный раствор тантала в ГЦК решетке меди. При легировании конденсатов меди танталом удается снизить величину зерна от ~ 1.3 мкм до ~ 50 нм. Оптимальное сочетание прочностных свойств и электропроводности реализуется при содержании тантала ~ 0.4-0.5 ат. %. При этом предел прочности достигает ~ 1000 МПа при электропроводности составляющей ~ 50 % от однокомпонентной меди. Показано, что основной вклад в увеличении прочности вносит зернограничное упрочнение из-за уменьшения величины зерна и повышения коэффициента Холла-Петча.