Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ИЗМЕНЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ БИНАРНЫХ СПЛАВОВ ПРИ ТЕРШЧЕСКОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ II
1.1. Методика приготовления сплавов и образцов 13
1.2. Методика измерения электросопротивления 19
1.3. Влияние изохронного отжига на остаточное удельное электросопротивление сплавов Cu-АЪ, А^-АЪ, Fe - Al и Ni-O 26
1.4. Изменение удельного электросопротивления сплавов при пластической деформации 52
1.5. Изучение процессов низкотемпературного возврата в сплавах
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕР БЛИЖНЕГО УПОРЯДОЧЕНИЯ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ 81
2.1. Формальное описание, теория и модели ближнего порядка в твердых растворах замещения 81
2.2. Экспериментальная методика определения абсолютной интенсивности диффузного рассеяния рентгеновских лучей и расчета параметров ближнего порядка в бинарных сплавах 87
2.3. Характер ближнего упорядочения в твердых растворах Си - AL 104
2.4. БЛИЖНИЙ порядок и его изменение при нагреве в сплавах А^ - А1 118
2.5. Ближний порядок в низкоконцентрационных сплавах Fe-Al 131
ГЛАВА 3. КИНЕТИКА УПОРЯДОЧЕНИЯ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ 158
3.1. Кинетика упорядочения твердого раствора Си -15 ат.% А1 при различных температурах изотермического отжига 159
3.2. Влияние температуры закалки на кинетику упорядочения сплава А<^ «15 ат.%А1 170
3.3. Кинетика ближнего упорядочения в сплаве Fc-Іб ат.^АІ 177
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ БЛИЖНЕГО ПОРЯДКА И РАЗМЕРНОГО ЭФФЕКТА НА УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ БИНАРНЫХ СПЛАВОВ РАСЧЕТ МЕТОДОМ ПСЕВДОПОТЕНЦИАЛОВ 183
4.1. Теория остаточного электросопротивления сплавов 183
4.2. Расчет матричных элементов псевдопотенциалов 194
4.3. Исследование остаточного электросопротивления в твердых растворах Си - АЪ 196
4.4. Изменение остаточного электросопротивления при упорядочении в сплаве Ао.-15 ат.%АЪ .202
4.5. Изучение влияния ближнего порядка и размерного эффекта на остаточное электросопротивление твердых растворов F 4.6. Расчет концентрационной и температурной зависимости остаточного электросопротивления сплавов N1 ~ О 209 ГЛАВА 5. ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ И Ф0Н0НН0Й СОСТАВЛЯЮЩИХ ТЕПЛОЕМКОСТИ БИНАРНЫХ СПЛАВОВ ПРИ УПОРЯДОЧЕНИИ 218 5.1. Методика измерения и расчет электронной и фононной составляющих теплоемкости сплавов при низких температурах 234 5.2. Влияние упорядочения на низкотемпературную теплоемкость сплавов Fe ~ А1 и Си - А! 244 5.3. Изменение плотности электронных состояний при упорядочении в сплавах Fe - А1 и Си - А1 253 5.4. Влияние упорядочения на дебаевскую характеристическую температуру сплавов F ВЫВОДЫ 274 ЛИТЕРАТУРА 278 Сплавы Fe - At и N1-0- выплавлялись в высокочастотной индукционной печи в атмосфере очищенного аргона из карбонильного железа чистотой 99,98$, алюминия чистотой 99,99$, никеля чистотой 99,89$ (в составе примесей 0,08% Со ), и электролитического хрома чистотой 99,9%, несколько раз переплавлялись и подвергались гомогенизирующему отжигу при I000-II00G в продолжение 12-100 час. Сплавы Си - А1 и А - At выплавлялись из меди, серебра и алюминия чистотой 99,99% в дуговой печи с медным, охлаждаемым проточной водой, поддоном в атмосфере очищенного аргона, переплавлялись 5-8 раз и гомогенизировались в вакууме 10 мм рт.ст. при 900С в продолжение 125 час и 750С в продолжение 170 час, соответственно. Затем отливки при подогреве проковывали в прутки толщиной около 5 мм, которые на наждачном камне обтачивались до толщины примерно 3 мм. В дальнейшем прутки протягивались (в некоторых случаях с промежуточными отжигами) через фильеры при комнатной температуре в проволоку, толщиной 0,3-0,4 мм, которая прокатывалась в ленту до толщины 0,10-0,12 мм. Электросопротивление измерялось потенциометрическим методом, потенциометрические концы, как и сами образцы, вырезались из полученных лент и приваривались точечной сваркой к образцам. Теория ближнего упорядочения и рассеяния рентгеновских лучей твердыми растворами при наличии ближнего порядка, природа взаимодействий, приводящих к возникновению ближнего порядка, достаточно подробно рассмотрены в прекрасных монографиях Кривоглаза и Смирнова /156/, Кривоглаза /2 /, Ивероновой и Кацнельсона /I/, Хачатуряна /3/, Ястребова и Кацнельсона /157/, а также в ряде обзорных работ /4,6,7,13,158/. Поэтому остановимся на них вкратце. Как указывалось выше в общем случае твердых растворов замещения распределение атомов по узлам кристаллической решетки не является хаотическим и характеризуется корреляцией в их взаимном расположении. Такое распределение атомов называется ближним порядком /1,6/. Степень порядка твердых растворов описывают параметрами ближнего порядка, которые удобно выбрать таким образом, чтобы они изменялись от нуля в случае полного беспорядка до некоторой подходящей максимальной величины в случае полного порядка. Эти параметры указывают на величину корреляции в размещении атомов и не относятся к определенным узлам кристалла. Они представляют среднее статистическое, указывая на вероятность того, что, если какой-то узел занят одним типом атомов, то другой узел на определенном расстоянии будет занят особым образом. Согласно /156/ параметрами корреляции могут быть выбраны равные разности вероятности одновременного нахождения атомов сорта А в узле Т и на расстоянии T j от этого узла и этой же вероятности для случайного распределения ( СА - концентрация атомов сорта А). На рис.3.1. в полулогарифмическом масштабе приведены зависимости удельного электросопротивления от времени отжига сплавов Си -15 ат .% А1 , закаленных от 500С и изотермически отжигавшихся при 100, 120, 150, 170 и 200С (кривые 1-5, соответственно) и закаленных от 700С и отжигавшихся при 100, 120 и 200С (кривые 6-8, соответственно). В качестве примера на рис.3.2 - угловые зависимости в области малых углов абсолютных значений интенсивности диффузного рассеяния для образцов, закаленных от 500С (кривые I) и отожженных при 100 в продолжение I, 5, 15, 60 и 720 мин (рис.3.2а, кривые 2-6, соответственно) и при 200С в продолжение I, 10, 60 и 720 мин (рис.3.26, кривые 2-5, соответственно). Параметры ближнего порядка для соответствующих обработок приведены в таблицах 3.1 и 3.2/273,274/. Видно, что отжиг при Ю0С закаленного от 500С сплава в продолжение I мин приводит к падению интенсивности максимума (рис.3.2.а, кривая 2). При дальнейшем отжиге интенсивность непрерывно возрастает вплоть до 720 мин (рис.3.2а, кривые 3-6). Время, необходимое для достижения аналогичного падения интенсивности в случае изотермического отжига при 200С, составляет около 60 мин (рис. 3.26, кривая 4). При малых временах отжига интенсивность максимума вначале, наоборот, возрастает и только затем падает. При этом положение максимума остается неизменным и совпадает с положением сверхструктурной линии (100) сверхструктуры L12 . Параметры ближнего порядка при изотермическом отжиге закаленных образцов изменяются также сложным образом: d, вначале падает, проходит через минимум и при больших временах отжига возрастает. При этом время достижения минимального значения зависит как от температуры отжига, так и от температуры закалки. Электросопротивление при изотермическом отжиге закаленных образцов непрерывно падает, независимо от температуры закалки и отжига (рис. 3.1). Однако это падение немонотонно. Кривые p(t) можно разбить на две области, характер изменения электросопротивления в которых различен. Особенно отчетливо это видно для образцов, закаленных от 500С (кривые 1-5). Значение удельного электросопротивления после 12 час отжига, также,как и параметров ближнего порядка независимо от температур закалки и изотермического отжига в пределах ошибки эксперимента совпадают между собой. Увеличение времени отжига от 12 час до 32 час не изменило конечного значения Р . Величины параметров ближнего порядка, полученные нами после отжига в продолжении 12 час, прекрасно совпадают с параметрами, полученными на монокристаллах сплава Си -14,5 ат.%А1 , вначале упорядоченных отжигом, а затем облученных при низкой температуре нейтронами дозой 0,2-I0iO см "6 /222 /, что, по-видимому, свидетельствует о достижении равновесия при указанных обработках. При рассмотрении остаточного электросопротивления твердых растворов используется приближение жесткой зоны и предполагается, что поверхность Фермії сферическая. В случае бинарного сплава, когда рассеяние электронов является упругим, электросопротивление запишется /289/. Квадрат модуля матричного элемента возмущающей энергии 1 . ., I равняется вероятности перехода электрона из состояния 1 F на поверхности Ферми в состояние 1 на той же поверхности. Угол рассеяния Ч" определяется рассеивающим вектором = ";-ТГр 1 ,1=: 2 kF sin if (4.2) При вычислении матричного элемента обычно используют два приближения: электроны проводимости описывают блоховской волновой функцией и используют приближенный вид атомного потенциала; электроны проводимости описывают при помощи плоских волн, а соответствующий псевдопотенциал выбирают так, чтобы аннулировать влияние действительного потенциала в области остова иона. Используя первый подход, теория остаточного электросопротивления твердых растворов замещения получила развитие как в одно-электронном приближении, так и в многоэлектронном, как непереходных, так и переходных металлов. Обобщение этих результатов приведено в монографии А.А.Смирнова /SO/. В случае отсутствия дальнего и ближнего порядка, т.е. для хаотического распределения неподвижных атомов А и Ъ с концентрациями Сд и Cg уравнение (4.1) преобразуется к виду которое впервые получил Нордгейм. Здесь D - постоянная, большая нуля, которая не зависит от концентрации компонентов. Гибсон /291/, развивая теорию Нордгейма, учел влияние ближнего упорядочения на первых двух координационных сферах и показал, что ближний порядок может как увеличивать, так и уменьшать электросопротивление в зависимости от относительного положения поверхности Ферми и границы зоны Бриллюэна. Дальнейшее развитие теория Нордгейма получила в работах Холла /292/ и Аша и Холла /293/, в которых предполагается, что ионные потенциалы простираются за пределы единичной ячейки и расчет остаточного электросопротивления выполнен с квантововмеха-нической точки зрения с учетом ближнего порядка на любых расстояниях. Измерение теплоемкости в области 1,4-6 К осуществлялось адиабатическим методом, при котором, как известно, неучтенные теплопритоки к образцу можно свести к пренебрежимо малой величине, обеспечив тем самым наибольшую из разработанных в настоящее время методов точность измерений. Был выбран адиабатический криостат комбинированного погруженно-анероидного типа, схематическое изображение которого представлено на рис.5.1. Разъемный цилиндрический вакуумный контейнер (I) погружен в основную гелиевую ванну (2) широкогорлого гелиевого криостата (в данном случае криостата ГК-100). Крышка вакуумной камеры (3) жестко крепится к капке криостата (4) через откачнуто трубку вакуумной камеры (5) и откачнуто трубку (б) вспомогательной гелиевой ванны. Вакуумное уплотнение между крышкой и кожухом камеры осуществляется зубчатым соединением через индиевую прокладку. К крышке (3) подвешена вспомогательная гелиевая емкость (7) объемом 0,4 л, в которой с помощью откачки паров гелия через трубку (6) можно получать промежуточные температуры от 1,4 К и выше. Трубка (6) в нижней части имеет небольшое сужение, ограничивающее поток сверхтекучей пленки жидкого гелия при температурах ниже Л -точки. Вспомогательная ванна (7) соединена с основной трубкой (8), через которую происходит ее заполнение. В верхней части трубки (8) находится игольчатый вентиль (9), привод которого (10) выведен из криостата через сальниковое уплотнение (II). В нижней части вспомогательной ванны имеется медное охлаждаемое основание (12), покрытое для предотвращения коррозии пленкой никеля. Пары гелия откачиваются механическим форвакуумним насосом ВН-2А. Время поддержания температуры Т = 1,4 К при откачке составляет около 5 час. Промежуточные температуры в криостате контролируются термопарной манометрической лампой, проградуированной по показаниям образцового германиевого термометра сопротивления ТСГ-2. Для уменьшения конвективных и радиационных теплопритоков в горловине криостата размещены пенопластовая пробка (13) и радиационные экраны (14). Уровень жидкого гелия в основной ванне измеряется с помощью уровнемерфепрерывного действия (на рисунке не показан), использующего в качестве датчика вертикальный коаксиальный конденсатор, к подвижной части которого закреплен снизу пенопластовый поплавок ,и который подключен к высокочастотному генератору (I Мгц). Изменение емкости датчика при перемещении подвижного цилиндра из-за изменения уровня гелия регистрируется миллиамперметром переменного тока. Погрешность измерения уровня гелия составляет около 5%. В приведенной конструкции адиабатического криостата мы обходились без калориметрического сосуда. Это несколько усложняло эксперимент, однако позволяло значительно уменьшить вклад пустого калориметра в полную теплоемкость и исключить возможные градиенты температуры между образцом и калориметрическим сосудом. Образец (15) в форме цилиндра с центральным радиальным отверстием подвешен на капроновой нити (16), которая может перемещаться в вертикальном направлении с помощью механизма (17). Германиевый термометр сопротивления типа ТСГ-2 (18), на поверхности которого биффилярно намотан электрический нагреватель, расположен в канале образца. Радиальное расположение нагревателя внутри образца обеспечивает равномерный его нагрев. Тепловой контакт между капсулой термометра, нагревателем и образцом обеспечивается рамзаевой вакуумной замазкой.Методика приготовления сплавов и образцов
Формальное описание, теория и модели ближнего порядка в твердых растворах замещения
Кинетика упорядочения твердого раствора Си -15 ат.% А1 при различных температурах изотермического отжига
Теория остаточного электросопротивления сплавов
Методика измерения и расчет электронной и фононной составляющих теплоемкости сплавов при низких температурах
Похожие диссертации на Ближний порядок и его влияние на физические свойства бинарных сплавов
