Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время изучение структуры некристаллических (аморфных) твердых тел во всем мире ведется во все возрастающем масштабе. Приоритетный характер этих исследований обусловлен причинами как фундаментального, так и прикладного характера.
Информация о структуре аморфных сплавов (АС) необходима для адекватного описания их уникальных физических свойств: электрических, магнитных, механических и т.д. Результаты экспериментальных исследований необходимы в свою очередь для проверки адекватности различных, интенсивно разрабатываемых в настоящее время, моделей структуры аморфных мегаллов.
Анализ литературы и накопленный опыт работ в этой области показывают, что существует ряд нерешенных проблем и не изученных вопросов. Например, не исследована структура двойных АС на основе близких переходных металлов - элементов, рядом расположенных в одном периоде или одной группе периодической системы и имеющие близкие физико-химические свойства. Такие сплавы представляют значительный научный интерес - как наилучшее приближение к структуре одно-компонентного аморфного металла. Значительный практический интерес представляет разработка и создание новых АС на основе близких тугоплавких мегаллов, так как эти сплавы обладают наивысшей термической стабильностью среди всех известных аморфных сплавов.
Цель работы: Исследовать структуру атомного ближнего порядка двойных аморфных сплавов на основе близких тугоплавких металлов, установить зависимость параметров структуры от состава в широком диапазоне концентраций и при последовательном замещении одного из компонентов элементами той же группы.
В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:
разработать метод, позволяющий существенно повысить точность восстановления профиля радиальной функции распределения по экспериментально измеренному структурному фактору;
исследовать структуру топологаческого ближнего порядка аморфных сплавов в двойных системах рения с тугоплавкими металлами V группы: танталом, ниобием и ванадием;
исследовать структуру композиционного ближнего порядка аморфных сплавов рения с танталом и ниобием;
исследовать структурную релаксацию аморфных сплавов системы рений-тантал.
Научная новизна. В работе впервые:
разработан метод расчета РФР, основанный на сглаживании структурного фактора функциями Лагерра и Эрмита, устойчивый к случайным ошибкам рештенодифракционного эксперимента;
проведены систематические исследования структуры двойных аморфных сплавов на основе близких переходных металлов в широкой области составов и при последовательном замещении второго компонента элементами той же группы. Установлено, что в системах Re-T^ (V = Та, Nb, V) структура топологического ближнего порядіса аморфных сплавов не зависит от состава сплавов и природы атомов второго компонента;
методом изоморфного замещения исследована структура композиционного ближнего порядка аморфных сплавов ResoTVio (Iу — Та, Nb). Полученные результаты свидетельствуют об эквивалентности позиции атомов Re и Ta(Nb) в структуре AC Rew'P'io;
исследована методом рентгеновской дифракции структурная релаксация аморфных сплавов тугоплавких металлов полученных закалкой из газовой фазы. Экспериментально установлено, что для низкотемпературной стадии структурной релаксации направленность изменений структурного фактора и атомных функций распределения аналогична таковым при старении, но противоположна известным для аморфных сплавов, полученных закалкой из жидкого состояния.
Практическая значимость. Полученные результаты по структуре двойных аморфных сплавов тугоплавких металлов необходимы для разработки и получения новых термостойких аморфных сплавов, используемых в электронной технике в качестве материалов автоэмиссионных катодов, металлизации интегральных схем и т.д.
Экспериментально измеренные структурные факторы двойных аморфных сплавов элементов V группы с рением могут быть использованы при разработке и апробации теорий электропереноса в некристаллических (аморфных) металлах.
Полученные зависимости параметров топологического ближнего порядка от состава и значения параметров композиционного ближнего порядка аморфных сплавов на основе близких переходных металлов могут быть использованы для проверки адекватности различных моделей структуры аморфных сплавов.
Разработанный программный комплекс для расчета РФР, устойчивого к случайным ошибкам рентгенодифракционного эксперимента и устраняющего эффекты обрыва, может быть использован для вычисления основных параметров ближнего порядка различных аморфных сплавов.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Разработан метод расчета радиальной функции распределения, основанный на сглаживании экспериментального структурного фактора функциями Лагерра и Эрмига, существенно повышающий точность восстановления профиля РФР и обеспечивающий устойчивость к случайным ошибкам рентгенодифракционного эксперимента.
-
Структура топологического ближнего порядка аморфных сплавов в двойных системах рения с тугоплавкими металлами V группы: танталом, ниобием и ванадием, не зависит от количественного и элементного состава сплавов. Основные параметры ТБП: координационное число первой сферы и относительные радиусы координационных сфер имеют постоянные значения во всем интервале составов для всех систем, а увеличение среднеквадратичного отклонения положений атомов в первой сфере обусловлено размерным эффектом.
-
Структурная релаксация аморфных сплавов системы ReTa , получениях закалкой из газовой фазы, характеризуется наличием тикотемпера-турной стадии, при которой направленность изменений S(k) и G(f) аналогично таковым при старении, но противоположно известным для аморфных сплавов полученных закалкой из жидкого состояния, что обусловлено особенностями формирования аморфной структуры исследуемых сплавов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на: Sixth International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials (Praha, Czech Republik, 1994); International Conference on Magnetism (Warsaw, Poland, 1994); VIII Российской конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов" (г. Екатеринбург, 1994); III и IV Международной конференции "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов" (г. Воронеж, 1994 и 1996); XIV международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов" (г. Самара, 1995); Международном семинаре "Релаксационные явления в твердых телах" (г. Воронеж, 1995); Российском семинаре "Структурная наследственность в процессах сверхбыстрой закалки расплавов" (г. Ижевск, 1995); IX и X совещании по стеклообразному состоянию (г. Сашсг-Петербург, 1995 и 1997); VI Международном совещании "Аморфные прецизионные сплавы: технология, свойства, применение" (г. Боропичи, 1996); 4th International Conference on Intermo-lecular Interactions in Matter (Gdansk - Sobieszewo, Poland, 1997).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ в виде статей и тезисов докладов, из которых в диссертации использовано 9 работ.
Цель исследования была поставлена научным руководителем к.ф.-м.н., с.н.с. Ю.В.Барминым. Во всех работах, выполненных в соавторстве, автором самостоятельно проведены эксперименты и принято участие в написании статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из .введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 142 страницы текста, включая 44 рисунка, 7 таблиц и библиографию из 143 наименований.
Настоящая работа является частью комплексных исследований, проводимых на кафедре физики твердого тела Воронежского государственного технического университета по плану госбюджетной НИР 001.91.0066.1821 "Синтез, структура и физические свойства материалов электронной техники" в соответствии с Координационным планом РАН в области естественных наук по направлению 1.3 Физика твердого тела. Выполненная работа была частично поддержана грантами RJ1000 и RJ1300 Международного научного фонда и Российского Фонда Фундаментальных Исследоваиин.
