Введение к работе
Актуальность исследования.
Платина и сплавы платины используются в приборостроении, электронике, электротехнике, ювелирном производстве. Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств, а также высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики, радиотехники, точного приборостроения. Знание структурных особенностей материала позволяет определять набор его физических характеристик, оказывать влияние на конструирование новых материалов с заданным набором свойств. Большинство исследований, посвященных сверхструктурным особенностям сплавов системы Cu-Pt, приходится на 70-е, 80-е годы [1-4]. Наиболее подробно сверхструктуры сплавов системы Cu-Pt рассмотрены в работах [5,6]. В работе [7] методом рентгеноструктурного анализа изучается фазовый переход порядок-беспорядок в сплаве CuPt. Уточняются температурные характеристики перехода, вычисляются параметры порядка.
Современные возможности компьютерного моделирования позволяют производить теоретические расчеты и предсказывать структурные состояния на конкретных моделях сплавов. Современные средства компьютерного моделирования и визуализации позволяют наглядно изучать процессы фазового перехода в сплавах, соотношение различных фаз сплава и др.
Анализ существующих материалов по данной тематике позволяет сделать вывод, что сплавы системы Cu-Pt, особенности фазовых переходов, структурные и энергетические характеристики, влияние дефектов требуют более подробного изучения с целью обобщения и развития фундаментальных представлений в области материаловедения и физики конденсированного состояния.
В настоящей работе объектом исследования были выбраны сплавы системы Cu-Pt: CuPt, Cu3Pt, CuPt3, Cu3Pt5, CuPty, Cu7Pt.
Целью настоящей работы является исследование методами компьютерного моделирования особенностей структурно-энергетических характеристик сплавов системы Cu-Pt в процессе фазовых переходов порядок-беспорядок и беспорядок-порядок в зависимости от состава, внешних факторов, таких как изменение температуры, деформация, наличие точечных дефектов, отклонение состава сплава от стехиометрии, а также наличие антифазных границ.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: 1. Построить трехмерную модель кристаллической решетки, предусмотреть возможность исследовать трансформацию структуры и сверхструктуры сплавов системы Cu-Pt в зависимости от концентрации компонент, отклонения от стехиометрии, присутствия различных дефектов.
-
Исследовать изменение структурно-энергетических характеристик сплавов системы Cu-Pt при термоциклировании.
-
Рассмотреть влияние концентрации вакансий, деформации, отклонения состава сплава от стехиометрии на структурно-энергетические характеристики сплавов системы Cu-Pt в процессе фазовых переходов порядок-беспорядок и беспорядок-порядок.
-
Исследовать особенности структурно энергетических характеристик и изменение доменной структуры сплавов системы Cu-Pt в зависимости от температуры, формы и типа антифазных границ, разделяющих домены.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что методом вариационной квазистатики исследовано влияние деформации базовой решетки на энергетические характеристики сплавов системы Cu-Pt.
Демонстрируется необратимость структурно-фазовых превращений при термоциклировании. С помощью метода Монте-Карло изучены структурно-энергетические характеристики сплавов системы Cu-Pt в зависимости от состава, наличия различных типов дефектов (точечных, планарных). Рассмотрено влияние деформации на процесс фазовых переходов, показано изменение фазового состава сплава при термоциклировании.
Научно-практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы при исследовании фазовых превращений порядок-беспорядок в сплавах системы Cu-Pt в объемных материалах, в низкоразмерных системах (в тонких пленках и наноструктурах). Полученные в настоящей работе результаты могут найти практическое применение при решении проблем использования материалов из медно-платиновых сплавов. Изучение многообразия сверхструктур, особенностей их формирования может использоваться для создания материалов со сверхструктурами Lli, Lb, Ыз и др. в качестве конструкционных материалов, а также в случае наноструктур - материалов с определенными важными свойствами. Результаты компьютерного моделирования могут быть использованы в качестве демонстрационного материала для студентов материаловедческих специальностей, на их базе возможно создание работ для лабораторного практикума.
Положения, выносимые на защиту:
-
Преобразование базовой кристаллической решетки из кубической (ГПК) в ромбоэдрическую (ГЦР) энергетически выгодно только для сплавов CuPt и CuPt3, со сверхструктурами Lli и Ыз, соответственно. Что связано с ориентационной анизотропией межатомных взаимодействий и размерным несоответствием атомных компонент сплава.
-
Методом Монте-Карло наглядно продемонстрированно, что в процессе термоциклирования сплавы системы Cu-Pt проходят различающиеся между
собой структурно-фазовые состояния. Деформация, наличие точечных дефектов, отклонение состава сплава от стехиометрии оказывает влияние на процесс фазовых переходов порядок-беспорядок и беспорядок-порядок. 3. Наличие антифазных границ в сплавах системы Cu-Pt оказывает влияние на особенности фазового перехода порядок-беспорядок. В сплавах CuPt, Oi3Pt и СиРтз показано, что процесс разупорядочения сопровождается размытием границ, фасетированием и их миграцией.
Работа проводилась при поддержке гранта РФФИ 12-02-31135 мол а.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: «Образование, наука, инновации - вклад молодых исследователей» V(XXXVII) Международная научно-практическая конференция (Кемерово: ООО «ИНТ», 2010); Открытая школа-конференция стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы 2010» (Уфа, 11-15 октября 2010); Fifth International Conference МММ-2010 Multiscale Materials Modeling, October 04-08, 2010 Fraiburg, Germany; XVII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2011); XII Международная конференция "Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов - ДСМСМС-20П" (Екатеринбург, 13-16 июня 2011 г.); 4th CHAOS 2011 International Conference Chaotic Modeling and Simulation (31 May - 3 June 2011 Agios Nikolaos Crete Greece); I Всероссийская научно-техническая конференция «Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы» (Рубцовск, 23 - 25 ноября 2011 года); XII Международная школа-семинар «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (Барнаул, 2-8 августа 2012); Открытая школа-конференция стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы 2012» (Уфа, 8-12 октября 2012); Seventh International Conference of Materials Structure and Micromechanics of Fracture (Czech Republic, Brno, July 1-3, 2013).
Достоверность результатов обусловлена большим объемом проанализированных экспериментальных данных, применением современных методов компьютерного моделирования, анализом литературных данных, согласием полученных результатов с экспериментальными данными и данными других авторов.
Личный вклад автора состоит в конструировании программы исследования, выполнении основной части исследования, анализе полученных результатов и их интерпретации.
Публикации. Результаты работы изложены в 26 публикациях, девять из которых в журналах, включенных в список ВАК Минобрнауки РФ для
публикации материалов диссертационных работ. В том числе, получено 5 авторских свидетельств государственного образца на программы для ЭВМ в соавторстве.
Структура работы и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 148 наименований. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы и 105 рисунков.
