Введение к работе
Актуальность. Интенсивное развитие физической хамки неупорядо-ченішх конденсированных состояний вещества (видного и аморфного) обусловлено расширением сфери практических применений в вая-нейшх отраслях прошшленностп, таких как металлургия, энергетика, машиностроение и др. Получение материалов с заданными механическими и физико-химическими свойствами тесно связано с разработкой и научным обоснованием способов управления процессами зтруктурообразования. Поэтому вопрос о взаимном расположили атомов является одним из центральных в изучении веществ в неупорядоченном состоянии.
Существуйте представления о строении липких и аморфных металлов и сплавов разбиваются на ряд подходов, порой взашлокс-шзчавдих, освещающих ту или иную сторону проблемы. Неоднозначность в понимании имеющейся информации обусловлена не только различиями в интерпретации результатов экспериментов, но и не-гочностями исходных экспериментальных данных. Накопленный мате-шал нуддается в рассмотрении его с единых позиций п с еданооб-шзекм учетам погрешностей, связанных с обработкой первичной
ЕфОрМЗЦИИ.
Ведущееся в настоящее время интенсивные исследования взакмо-еязи строения гидкого и кристаллического состояний, позволяю-ие сформировать принципы управления структурой и качеством вы-лавляемого металла, подчеркивают актуальность вопроса о степени аследования расплавом структурных особенностей кристалла и ме-гнизме перестройки кристалл - гидкость.
Необходимо более глубокое понимание механизмов структурооб-
ззованзя в особом виде некристаллических объектов -.тонких, в
ом числе островвовых,пленках (ffl), которые находят все более
трокое применение, в частности, в ыикроэлектрошше, лазерной
гхЕике. ....
ель -работы. Получение новой и обобщение имеющейся информации б атомном упорядочении в яидких и аморфных металлических плен-эх и об изменении его при переходе из кристаллического с остання в жидкое и аморфное. Для достижения этой цели усовершенст-свана методика анализа дифракционных данных. тод исследования - электронография. В отличие от нейтроно- и
- 4 -рентгенография выбранный метод структурного анализа позволяет фиксировать изменения дифракционной картины в ходе быстро протекающих процессов плавления кристаллических объектов, релаксации аморфных сплавов с визуальный наблюдением на экране электронного микроскопа, а танге лзучать строение тонкопленочкых объектов. Съемка в проходящем излучении дает возмошость исследовать строение расслаивающихся расплавов в пределах области несмешиваемости, поскольку дифракционная картина содержит информацию об обеих надкпх фазах,.в то время как регистрация отраженного от поверхности расплава излучения в рентгенографии позволяет получить сведения только о верхней (более легкой) пз расслоившихся ЕЗДК ОСТей.
Основные методические особенности данной работы:
анализ всей совокупности максимумов функции радиального распределения атомов (ФРРА) в пределах области упорядочения;
уточнение структурных параметров расплавов с учетом эффектов обрыва структурного фактора G(S);
построение модельных кривых 0($) ,
позволили получить более полное представление о строении ЕИДКИХ и аморфных металлов и сплавов, чем по анализу одного только первого максимума. Научная новизна
- Разработана более точная методика расчёта ваннейших парамет
ров блишего порядка (кратчайшего ыекатшного расстояния // ,
координационного числа / , среднеквадратичного смещения ато
мов Щ ) с использованием экстраполяции верхнего предела ин
тегрирования t>b структурного фактора от экспериментально до
стигаемых значений до {Ьд-**0. С учетом уточненных значений
^4 'І* и др. ив результате анализа наряду с первым и последующих максимумов.ФРРА обобщены и систематизированы имевшиеся и полученные автором данные о строении пленок металлов и сплавов различной толщины, в хидком и аморфном состояниях, что позволило внести в уже существовавщую'классификзциа металлических расплавов поправки, согласованные по совокупности структурных характеристик, получаемых из Q($)tz. ФРРА.
- Проведен анализ изменения дифракционной картины металлов с
плотнейшей (ЛЕ , РЬ ) и относительно рыхлой (Ы\) структурами
непосредственно в процессе их плавления с последующим построе-
каем ОРРА на различных стадиях искогеккя с разрушения кристаллической решетки. Получены .новые сведения о взаимосвязи структуры - йлиянего порядка со структурой кристалла.
- Дано дополнительной обоснование модели атомного упорядочения
и расплавах ІЦК металлов, «Іазцрущейся на икосаэдре в первой координата, в различней степени неказенном у разных металлов ъ зависимости от особенностей электронного строения атомов. Рассмотрено строение 4-5 координационных сфер, формирующихся вокруг икосаэдра. Уклонения от идеального многогранника в чистых жидких металлах связаны о появлением в расположении бликайших атомных соседей элементов симметрия, свойственных ОЦК структуре, отмечавшихся в отдельных расплавах п ранее.
Исследовано строение расплавов бинарных металличеоких систем с облзстьп расслоения в тадкш состоянии iSa-3t , fa- Pb . (/Q-T t J\l -Jtl ) йак внутри, так и за пределами купола несмешиваемости.
Из обобщения дифракционных данных по строении бинарных металлических расплавов систем с различными диаграммами состояния предложен размерный критерий «У/ полноты смешиваемости в яцдком состоянии, представлявшій собой относительную разность атомных диаметров гидких компонентов и позволяввяй оценить характер смешения з растворах от идеальных до расслаивавшихся. Найдена корреляция величины размерного критерия с эвтектической концентрацией Сэ и размерами области расслоения на диаграмме состояния. С использованием критерия и модели строения смешанных ыикрогруп-г, пир овса атомов на основе координационных многогранников '1>рапка-ІСаспера объяснено существование цреимуцественных концентраций металлических эвтектик.
Получены аморфные тонкопленочные ЕЗвуумные конденсаты шести одно- и двадцати дзухкомпонентных металлические систем. Віязлєез общая особенность бликиего порядка в ОП: более компактная упаковка атомов, чем в массивных образцах. Уплотнение атомного упорядочения з Ш плотных металлов достигается за счет сокращения ' ыецзтомкых расстояний- -Г} , а в рыхлых - сопровождается увеличением мегатонних расстояний -f^ и Z ^ . Изменение соотношения размеров атомов влияет на полноту смешения компонентов в бинарных конденсатах по сравнении с массивными сплавами.
Установлена однотипності, механизма разрушения ІЩ структуры с образованием пносаэдричесвого ближнего порядка при плавлении ые-
таллов (термическое воздействие) я амортизации пересыщенных ГЦК твердых растворов (композиционный фактор). Практическая значимость. Методические разработки, которые могут быть использованы и в .других дифракционных методах, шгрокий круг исследованных систем с различными типами мезатомного взаимодействия позволили рассмотреть и систематизировать с единых позиций оведения об одно- и двухкошонентных металлических расплавах.
Предложен более надегный способ отличия объектов с слиянии порядком от микрокристаллических по параметрам «2РРА, чем по структурному фактору, полезный как в научных исследованиях, так и"при решении технических задач.
Разработана методика определения состава двухкомпонентных за-куумных конденсатов по оптической плотности образцов-свидетелей при испарении компонентов из разных источников.
Результаты работы пспользултся и учебшк nwcur. .для студентов специальности IIC4, вклачекы в ряд монографии и з учебное пособие по теории металлургических процессов для вузов страны.
Разработаны рекомендации по напылению медно—германиевых покрытий медных зеркал в технологических лазерных установках, позволившие увеличить продолзительность их работы в 2 - 2,5 раза. В результате внедрения получен.экономический эффект 21,5 тыс. руб.* (доля УШІ). Нз способ нанесения защитных тонкоиленочшх аморфных покрытий получено авторское свидетельство на изобретение.
По совокупности полученных результатов настоящая работа, выполненная в соответствии с постановлениями Государственного комитета по науке и технике, координационными планами Академии наук и мелвузовской программой "Металл", моиет быть квалифицирована как новое научное направление "Совершенствование методов ана-,лиза'и определение изменении атомного упорядочения при плавлении и амортизации сплошных .и островковых металлических пленок". Апробация работы. Основные разделы диссертационной работы докладывались и обсуздалпсь на I - УІІ Всесоюзных конференциях по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (Г-74, 1176, Г:78, IISO, It;83, IS-86 гг., Свердловск;:ISS0 г. - Челябинск); Всесоюзных конференциях- ио строенив и свойства:', аморфных тел (ІІкевск, г.84, IS83 гг.); II и III Бсесоозных соведаниях "<2изи-кохіпия аморфных (стеклообразных) металлических сплавов" (Москва, Г-85. Г:&- гг.); Всесоюзном совещании "Теилоаїзика мето-
*-=-
3 ценах IS88 г.
стабильных глдкостсіі з связи с явленнями явленая и кристаллизации" (Сзердлозск, 1985 г.); III Всесоюзной конференция.."За-., коксмерксстп формирования структуры сплавов эвтектического типа" (лкслроаетрозск, 19 і г.); семинаре "Метопы исслецовакия структуры неупорядоченных металлических систем (аморфных и згідних)" (.Чпез, 11.85); Всесоюзном семинаре "Взаимосвязь зпдкого и твердого металлических состояний" (Свердловск, 1967 г.); III Всесоюзной конференции "Проблем исследования структуры аморфных металлических сплавов" (Москва, 1988 г.); научно-техническом семинаре "Близкий порядок в металлических расплавах и струн-турночузстзптельные свойства вблизи границ устойчивости фаз" (Львов, 1938 г.); .Всесоюзном семинаре "Лазерная техника и технология" (Вильнюс, 1988 г.); II Уральской конференции "Поверхность и новые материалы" (Ижевск, 1988 г.); II Всесоюзном совещании "Метастаоилънае фазовые состояния - теплофизические свойства и кинетика релаксации" (Свердловск, 1989 г.); 12-м Европейском кристаллографическом совещании (Москва, 1989); 1-м Всесоюзном симпозиуме "Методы дифракции электронов в исследовании структуры вещества" (Мосйеэ, 1991 г.).
