Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАбОТЫ. Соединения металл-водород интенсивно изучаются на протяжении нескольких десятков лет С 1 і. Интерес к таким системам, как твердые растворы внедрения водорода в переходных и в редкоземельных металлах и их сплавах, бил обусловлен, в первую очередь, возможностями их технического применения. Они считаются весьма перспективными материалами в ядерной технике и в некоторых технологических циклах с использованием нетрадиционных источников анергии 12,3,40.
Поскольку изделиям из металл-водородных соединений, гидридов, приходится работать в широком диапазоне температур, в циклически меняющихся условиях, то становится необходимым подробно исследовать их физические и механические свойства и опреле-селить уровень их стабильности во времени.
Как оказалось, подсистомо внедренных атомов водорода, Н-ато-ііов. куда более чувствительна к внешним воздействиям, чем ре-петка металла-растворителя. Именно поэтому столь актуальной ^тала задача определения равновесных состояний водородной под-зистемы гидридов различных металлов в широком диапазоне температур и концентраций и, в частности, определение закономерностей фазовых превращений в этих соединениях. Это и является >сновной проблемой, рассматриваемой в настоящей диссертации.
ЯАИМОСВЯЗЬ С ДРУГИМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ. Экспериментальному изу-гонию систем металл-водород было посвегаено множество работ (см. >бзорн Г 5-41). Анализ полученных результатов основывался на 'ермодинамическом описании равновесного состояния совокупности игодретшх атомов. Эта подсистема, рассматриваемая как неупо->ядоченный твердый раствор It-атомов и их вакансий, описывалось юделью "решеточного газа" [101, а процессы ее упорядочения -юдолью статических концентрационных волн МП. Сопоставление кспориментальных фазовых диаграмм систем М-Н (металл-водород)
диаграммами других растворов позволило выделить состояния, оторие интерпретировались, как три агрегатних состояния (газ, идкость, кристалл) водородной подсистемы і^.ігі. Переход газ-жидкость был успешно описан в терминах модели решеточного га-а [101. а модель статических концентрационных волн дала воз-ожность описать целый ряд кристаллических сверхструктур, фор-ируппихся в совокупности водородных атомов [ 11,9,51.
В методе статических концентрационных волн [111, при описа-
ний межатомного взаимодействия. используется приближение среднего поля. Существует несколько путей улучшения этого приближения, основанных на различных способах учета корреляций в межатомном взаимодействии (см. например. М1.1П1). Однако, применение исходного приближения показало, что оно вполне приемлемо для описания упорядоченных состояний в таких системах кач МЬ-Н, Та-Н [11,53 или Се-Н [14] (и во многих других случаях, например, в Та~С. в МЬ-О. и т.д. til]). В перечисленных системах оно позволило, в частности, однозначно определить сверхотруктури в фазах со стехиометричоскими составами.
Несмотря на определение этих сверхструктур, описание последовательной эволюции равновесных распределений Н-атомов в отмеченных выше гидридах отсутствовало. Дело в следующем. Процесс упорядочеїшя бинарных растворов многократно опнсывплсн а случае систем с одним параметром дальнего порчдка. А одна ил особенностей ряда металл-водородішх соединений (МЬ -11. Та II.(V- И. Т1> II), состоит именно в том, что фо(:«иру«жшеся в них упорядоченные состояния представляют собой суперпозицию двух концентрационных волн с различными волновыми векторами и вследствие этого описываются, кок минимум, двумя najrutcmpoMU дальнего порядна.
Вторая особенность соединений типа НЬ-Н и Та-Н - следующая: совокупность м&ждоуэолъных позиций, занимаемых водородными атомами, образует несколько вставленных друг в друга подрешеток. Поэтому в этих растворах во іір>мн формирования сверхструктур, помимо процессов упорядочения в каждоР из подрешеток, происходят также и процессы перераспределения Н-атомов между разными подрешетками. В частности, в отмоченных двух системах водород в области высоких температур распределен по узлам шести междо-узельных подрешеток, а упорядоченное состояние формируется при его скоплении лишь в двух подрешетках из шести.
В итоге, для описания равновесного состояния при некоторой температуре Т в таких гидридах, как НЬ II и Та II, оказалось необходимым определение шести параметров: двух концентраций водорода (по-отдельности в каждой из занимаемых им подрешеток) и четырех значений параметрів дальнего порядка (по два параметри для описания состояния порядка в каждой из подрешеток).
Эти особенности металл-водоришых соединений потребовали соответствующей модификации существующих схем расчетов.
Основной полью проведенных нами робот било описание эволюции
равновесного состояния водородной подсистемы в некоторых монофазных твердых растворах металл-водород с фиксированной концентрацией, т.е. описание последовательности равновесных состояний, формирующихся в данной упорядочивавшейся системе с неизменной концентрацией при изменении температуры раствора.
ОбЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОД РАСЧЕТА. Нами анализировались процессы упорядочения в модельных двухкомпонентых твердых растворах замещения, отражающие основные особенности водородной подсистемы в таких растворах внедрения, кок Nti-H. Та-Н. Яг-Н, Ое-Н и ТЪ-Н. Водородная подсистема данных растворов может рассматриваться, как упорядочивающийся двухкомпонентный твердый раствор замещения атомов водорода и их вакансий, частицы которого распределены по узлам одной или нескольких подрешеток.
Равновесные значения параметров упорядочивающейся системы определялись стандартным методом: путем расчета координат абсолютного минимума свободной энергии системы в пространстве соответствующих переменных.
Состояния упорядочивающейся совокупности атомов описывались в рамках модели статических концентрационных волн с использованием приближения среднего ПОЛЯ.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ И ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ. Диссертация состоит из Введения, шести глав и Заключения. Обі,ем работы - 2Є6 страниц, включая ТО рисунка и список цитируемой литературы, содержащий 119 пунктов.
