Введение к работе
Актуальность проблемы. Актуальной задачей физики таердого тела является исследование свойств материалов как экспериментальными, так и теоретическими методами. Современная практика создания материалов с заданными физическими и механическими свойствами тесно связана с изучением термоактивируемон структурной перестройки упорядочивающихся сплавов и гстсрофази'ых систем (тонких пленок, поверхностей), поскольку здесь можно целенаправленно влиять на свойства.материалов, изменять их физические характеристики.
Несмотря на то, что существует большое чисіїо экспериментальных и теоретических работ, посвященных данной проблеме, ряд вопросов, касающихся особенностей протекания процессов перестройки структуры сплавов и гетерофазных систем, а так же проблемы их устойчивости к влиянию разного рода воздействии, практически не изучен пли мало іпу-'.ен. Имеющиеся данные противоречивы.
Настоящая работа посвящена исследованию структурных и энергетических особенностей атомного разупорядочення и фазового перехода порядок -беспорядок бинарного сплава стехиометрического состава АВ и стабильности двухфазных тонких пленок под влиянием температуры методами компьютерного моделирования. В основу исследования положена простая модель диффузионного атомного упорядочения по ваканснонному механизму в многокомпонентных сплавах с жесткой решеткой, с учетом взаимодействия атомов в двух координационных сферах.
Целью работы является установление возможных сверхструктур реализующиеся в процессе упорядочения сплавов различных составов, изучения процесса атомного разупорядочення бинарного сплава АВ с последующим анализом полученных конфигураций распределений атомов по узлам кристаллической решетки равновесного состояния сплава, реализо-ванного в компьютерном эксперименте. Расчет ла основании полученных картин основных структурных и энергетических характеристик модельного сплава. Изучение возможного влияния топологии двухфазных тонких пленок на характер их разрушения под воздействием температуры.
Научная понизил настоящей диссертационной работы заключается в том, что предложенная авторамп ранее модель расширена на область гете-
рофазных структур. Она позволяет подробно проследить кинетику не только процесса атомного разупорялочсния (упорядочения) сплава при различных температурах отжига, но и структурной перестройки многофазных материалов, в частности слоистых н сетчатых топких пленок. Получены и проиллюстрированы данные о структуре фаз с ближним порядком и дальним порядком п зависимости от температуры отжига и концентрации закалочных вакансий. Анализируется распределение структурных образований в сплаве. Приведены типичные" функции распределения по размерам доменов и микродоменов во всем температурном интервале фазового превращения. Получена зависимость параметра дальнего порядка от размера домена, па основании которой классифицируются домены. Показано, что полученные данные подтверждают предсказанный ранее авторамп сложный характер фазового перехода порядок-беспорядок. Результаты сопоставляются с имеющимися данными реальных и компьютерных экспериментов. Установлено, что процесс вакансиоиного разупорядочения аналогичен температурному разупорядоченню. Фазовому переходу порядок - беспорядок предшествуют гетерофазные флуктуации упорядоченной фазы, т.е. имеет место размытый фазовый переход порядок-беспорядок. Особенностью данной работы является то, что структурные характеристики рассчитаны не только для всего объема исследуемого материала, но и получены данных, характеризующие локальные распределения атомов в кластерах, сегрегациях и мнкподомена.х. Проиллюстрирована эволюция систем кластер *-> мнкродомен, облако точечных дефектов <-> сегрегация. Представлены кинетика энергетических характеристик системы. Для топких пленок уставлено влияние протяженности межфазных границ на устойчивость последних к температурным воздействиям. Описаны и сопоставлены стадии разрушения тонких пленок с'разной топологией монофазной области.
ПгШШІІІШ<М_М^ІаУЛШО1сШІ0<ЛЗі настоящей работы заключается в том, что проведенное исследование дает сведения о качественном поведении монофазпмх и гстсрофазных систем под воздействием температуры. Самостоятельный интерес представляют полученные температурные зависимости структурных и энергетических характеристик упорядочивающегося сплава, построенные функции распределения доменов по размерам и для теоретиков, и лпя экспериментаторов, работающих в области атомного
упорядочения: эти данные качественно подтверждают предсказанные ранее закономерности атомного упорядочения; конкретизируют вклады различных механизмов разупорядочения; дополняют имеющиеся данные новыми деталями. Данные об устойчивости слоистых ті сетчатых тонких пленок к температуре с-зависимости от топологии и протяженности граштц представляют интерес для специалистов работающих в области технологий наноструктурных материалов. Полученные данные крайне необходимы для исследований зависимостей физических и механических свойств гетеро-фазных систем. Полученные результаты могут быть использованы в качестве демонстрационного материала для студентов физических специальностей, разработанный па:сет' программ использован как обучающие программы для студентов специализации физика твердого тела.
Автор защищает следующие положения:
-
Обратимость процессов атомного упорядочения и разупорядочения в рамках диффузионной модели.
-
Доказательство того, что эффекты процесса вакансиошюго разупорядочения аналогичны эффектам температурного разупорядочения.
-
Зависимость стабильности структуры двухфазной тонкой пленки от топологии расположения фаз.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих всероссийских и международных конференциях: II, III и IV международные школы-семинары "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", Барнаул (1994, 1996 и 1998 гг.); международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений", Тамбов (1996); III семинаре России и стран СНГ "Структурно-морфологические основы модификации материалов методами нетрадиционных материалов", Обнинск (1995), международной конференции "Прочность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий", Новокузнецк (1995 г.), XIV международной конференции "Физика прочности и пластичности", Самара (1995), Materials Week' 96, Сан Францнско, США (1996); Materials Week'96 MRS-J, Япония (1996); MRS-95, Spring Meeting, Сан-Франциско, США (1995), International Conference on Advanced Materials (E-MRS '97 Spring Meeting), Страсбург, Франция,
(1997), the 4th IUMRS International Conference in Asia (MRS-J "97), Чнба, Япония (1997), MRS Spring Meeting'98, Сан-Франциско, США (1998), XIV уральской шкоде "Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов", Ижевск (1998), the 5ft IUMRS Iiilcrnalionai Conference in Asia, Бангалор, Индия (1998), второй конференции "Материалы Сибири" сибирской ассоциации материаловедов, Барнаул (1998).
Публикации: По материалам диссертации опубликовано 27 печатных работ.
Объем работы : Матерная диссертации изложен на 225 страницах, работа включает 132 рисунка, состоит из введения, четырех глав и заключения.