Введение к работе
Актуальность темы. Весьма актуальной задачей физики твердого тела является теоретическое исследование мартенситных превращений в сплавах на основе благородных металлов (меди, серебра, золота), в никелиде титана и в ряде других сплавов, благодаря наблюдаемому в этих материалах эффекту памяти формы (Э1КБ). ЭШ является замечательным свойством материал а, заключающимся в способности самопроизвольно принимать ту или иную форму при охлаждении и при нагреве, что позволяет широко использовать их в технике и медицине. Основным условием проявления свойства памяти формы в материале является протекание в нем термоупругого мартенсигного превращения.
Однако, несмотря на широкое практическое применение сплавов с ЭШ>, остаются нерешенными кногие теоретические аспекты как самих эффектов памяти, так и лежащих в их основе мартенситных превращений и кристаллической структуры мартенситных фаз. Одним из актуальных направлений теоретического исследования является выведение этих структур из свойств чистых компонентов прикладными методами квантовой механики.
В ряде работ при расчете равновесных кристаллических структур и фазовых переходов между ними используется теория псевдопотенциала. Она позволяет сравнительно просто выполнить такие расчеты для сплавов на основе благородных металлов и в настоящее время успешно развивается применительно к сплавам на основе переходных металлов.
Цель работы. Целью настоящей работы явилось теоретическое исследование кристаллогеометрических и энергетических характеристик низкосимметричных мартенситных структур в сплавах, обладающих эффектами памяти формы. Конкретная задача состояла в расчете методом псевдопотенциала структур тетрагональной, ромбической и ромбоэдрической симметрии ( Llot BI9, 9Я, структуры 4'~^3U^ в сплавах AuCcL и Си.Хп. и в сравнении результатов расчета с экспериментальными данными. Для выполнения этой задачи следовало разработать вариационную процедуру поиска пути реакции в пространстве параметров перехода.
Научная новизна. Впервые метод псевдопотенциала применен к расчету структур тетрагональной, ромбоэдрической и ромбической сингонии посредством специальной вариационной процедуры.
Данная вариационная процедура позволяет найти заранее неустановленные низкосимметричные структуры в пространстве параметров перехода между высокосимметричными фазами ОЦК (структурный тип А2), ГЦК (AI) и ГПУ (A3). Установлено существенное отклонение энергии структур'пониженной симметрии BI9, Li0 при температуре (Т) = О К от близких к ним структур с ГЦК и ГПУ решетками. Теоретически показана возможность структуры BI9 с параметрами, близким" к параметрам высокотемпературной фазы В2, а также возможна-.- существования неупорядоченной структуры BI9 и перехода А2--»В19. Теоретически показана энергетическая выгодность экспериментально наблюдаемых в AuCd и Ті А/і поперечных смещений с волновыми векторами 1/3 <ІЇ0> в плоскостях (III) и их стабилизирующее влияние на ромбоэдрическую фазу ( ^' в
ЛиСЫ. или А(Ш) в Ті А/і ).
Научная и практическая ценность. Наблюдающееся хорошее согласие рассчитанных характеристик с экспериментальными данными позволяет расширить область успешного применения метода псевдо-потенциала ка мартенситные структуры пониженной симметрии. Показана возможность теоретического расчета энергий образования, параметров решетки мартенситных структур и концентрационных интервалов их существования, деформации решетки при мартенситных превращениях в сплавах с ЭПФ.
Результаты исследования вносят ясность в природу равновесности мартенситных фаз в сплавах ЛиСЫ. и CuZn. и подсказывают целесообразность проведения специальных экспериментов для проверки теоретических предсказаний.
Некоторые результаты расчетов сопоставимы со структурными характеристиками мартенситных превращений в сплавах на основе
Ті А/і » весьма сходными с характеристиками AuCd. . Это свидетельствует о возможности эффективного применения метода псевдопотенциала к сплавам на основе Ті А/і (при соответственном развитии метода), нашедших широкое применение в качестве материалов с ЭЩ.
На защиту выносятся следующие основные положения.
-
Вариационный метод поиска низкоэнергетических структур с применением псевдопотенциала.
-
Результаты расчета методом псевдспотенциала основных состояний мартенситных фаз пониженной симметрии (тетрагональной, ромбической и ромбоэдрической).
3. Установление стабильности при Т => О К различных мартея—
1тных фаз в JhiCcL в хорошем согласии с экспериментальны»»!
.аннымк. _-.""'
Аппробация результатов работы. Основные результаты дяссет>--ационной работы докладывались на Всесоюзной научной конференции "Сверхупругость, эффекты памяти формы и их применение В ИО-» вой технике" (Воронеж, 1982 г; Томск, 1985 г), 18, І9 семинару "Эволюция дефектной структуры кристаллов: моделирование на ЭВМ" (Ростов н/Д, 1983 г; Свердловск, 1984 г), ІУ и У Всесоюзной конференции по кристаллохимии интерметаллических с. единений (Львоз, 1983, 1989 гг), ІУ Всесоюзной школе "Применение математических методов для описания и изучения физико-химических равновесий" (Новосибирск, 1985 г), П Всесоюзной конференции по квантовой химии твердого тела (Рига, 1935 г), У Всесоадном совещании по термодинамике металлических сплавов (Mockfs, 1985 г), У Школе "Исследование энергетических спектров электронов и теория фаз сплавов" (Майкоп, 1988 г).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в II работах, список-которых приводится в конце, автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 147 страниц, включая 40 рисунков, 12 таблиц и список литературы, содержащей 113 найменовані!?..
