Введение к работе
Актуальность проблемы. Объяснение п предсказание свойств металлов и сплавов является одной из наиболее актуальных задач физики твердого тела. Интерес к этим вопросам связан и с общей основной проблемой физического материаловедения - развитием методов направленного изменения свойств материалов.
К настоящему времени развиты эффективные методы расчета ряда энергетических характеристик как упорядоченных, так я неупорядоченных металлов и сплавов. Так, вычисления энергии связи, параметров решетки, модуля сжатия и других объемных характеристик в приближении локального функционала плотности (LDA) для сложных пнтерметаллидов имеют сейчас обычно столь же высокую точность как та, которая была достигнута в 70-х годах для простых металлов. Разработаны первоприн-цшгаые методы описания и для неупорядоченных систем, прежде всего, приближение когерентного потенциала (СРА), п выполнен ряд расчетов их электронной структуры неплохо согласующихся с имеющимися экспериментами. Развиваются основанные на LDA и СРА подходы к важной и сложной проблеме фазовых превращений в сплавах.
Хотя названные подходы, по-видимому, могут служить общей основой для дальнейшего развития теории в них не учитывается ряд важных эффектов. Так, общей чертой LDA и СРА является использование приближений типа "среднего поля", то есть пренебрежение корреляциями в электронной, а также и в ионной подсистемах. В то же время известно, что для многих систем, в частности, 3d металлов середины и конца периода, эти эффекты весьма существенны. При расчетах конфигурационных воанмодействий, определяющих фазовые превращения в сплавах, с
использованием метода СРА пренебрегают эффектами локального искажения решетки, а также эффектами переноса заряда, то есть корреляциями между электронной плотностью примеси и ее окружения. Поэтому разработка методой адекватного учета электронных корреляций в теории свойств 3<1-металлов п сплавов, а также последовательного метода расчета конфигурационных взаимодействий представляется важной и актуальной.
В теории упорядочения сплавов под облучением (являющихся статис-. тнчеекп открытой системой) отсуствовалп как общая формулировка микроскопических подходов, так и исследования качественных особенностей таких переходов ( указания на которые имеются в экспериментах). Поэтому развитие методой описания таких переходов п научение их особенностей также является актуальным для теории фазовых превращений в сплавах.
Цель работы состояла в разработке методов, необходимых для решения упомянутых выше проблем теории электронной структуры переходных металлов и неупорядоченных сплавов, а также теории фазовых превращений сплавов находящихся как в равновесных условиях, так н в условиях облучения. Конкретно рассматривались следующие вопросы:
1. Разработка в рамках теории функционала электронной плотности
нового "кластерного" метода расчета электронной структуры неупорядо-
,' ченных сплавов , учитывающего корреляции в расположении атомов.
-
Выяснение количественного критерия однородности электронной жидкости в переходных металлах п разработка метода, позволяющего учесть влияния внутриатомных корреляции при описании равновесных свойств переходных металлов.
-
Исследование влияния эффектов локального искажения решетка и перелива заряда на величины констант конфигурационного взаимодействия (CIC), определяющих фазовые переходы упорядочения плп сегрегации в_сплаве.
4. Разработка микроскопических подходов для описания явлений упорядочения сплавов под облучением.
Научная новнопа. Разработан эффективный п последовательный метод для определения "по первых принципов" электронных характеристик п термодинамических свойств неупорядоченных сплавов, позволяющий учесть корреляции в расположении атомов компонент сплава. Впервые расчптана плотность электронных состояний сплава Cu-Ni с использованием предложенного метода, что дало возможность оценить точность приближения когерентного потенциала для данного случая.
Предложен количественный критерий однородности электронной жидкости переходных металлов п развит эффективный и последовательный подход к описанию влияния сильных внутриатомных хорреляцпй на их равновесные свойства. Предложенный метод позволил -.значительно уменьшить расхождения между теоретическими и экспериментальными результатами для модуля сжатия и равновесного объема элементарной ячейки в переходных металлах, находящихся в середине Зсі-ряда таблицы Менделеева.
Впервые показано, что, вопреки мнению высказывавшемуся в литературе, влияние эффектов локального искажения решетки на величины СІС в случае сплавов замещения оказывается значительным и отмечена необходимость пх учета при построении количественной микроскопической теорпп сплавов. Рассмотрено также влияние эффектов перелива заряда на величины СІС. Показано, что в случае больших переливов заряда между компонентами системы, указанные эффекты окапываются значительными приводя к существенному изменению величин СІС.
Развит микроскопический подход для описания перехода из неупорядоченной фазы в упорядоченную в моделе сплава под облучением. Показано, что наличие облучения приводит к подавлению тенденций к упорядочению, а также способствует либо распаду, либо необычному термодннамичес-
хому поведению при упорядочении.
Практическая оначнмость работы. 1. Развитый в диссертации кластерный метод расчета электронной структуры неупорядоченных сплавов позволил оценить точность широко применяемого метода СРА на примере "классической" системы Cu-Ni.
-
Развитые в диссертации методы для "первопринцппного" вычисления констант конфигурационных взаимодействий открывают путь к построению количественной микроскопической теории фазовых превращений в сплавах, что дает возможность направленного изменения кинетических и термодинамических свойств этих систем.
-
Предложенный в работе микроскопический подход к описанию фазовых превращений в сплавах, находящихся под облучением, позволяет исследовать качественные особенности таких превращений, а также необычные структурные состояния в этих системах, обладающие рядом практически важных свойств (указания на которые имеются в экспериментах).
Основные научные результаты, выносимые на оащиту. 1. Развит "первопринципныи" метод расчета электронных характеристик и термодинамических свойств сплавов замещения, позволяющий учесть корреляции в расположении атомов компонент сплава. Метод пооволыл оценить точность широко применяемого метода когерентного потенциала на примере "классического" сплава Cu-Ni.
2. Предложен количественный критерий однородности электронной
жидкости переходных металлов н раовпт новый метод, позволяющий учесть!
влияние внутриатомных корреляций на равновесные свойства переходных
металлов.
3. Исследовано влияние эффектов локального искажения решетки и пе
релива заряда между компонентами сплава на величины СЮ, что откры
вает путь к "первопршшдиному'" построению фазовых диаграмм состоя
ния.
4. Развит микроскопический подход к описанию явлений упорядочения в сплавах, находящихся в условиях облучения, и покаоало, что наличие облучения приводит к подавлению тенденций к упорядочению, а также способствует либо распаду, либо необычному термодинамическому поведению при упорядочении.
Апробация работы. Основные результаты диссертация докладывались на Международной конференции "Statics and Dynamics of Alloy Phase Transformation" (Родос 1992), Всесоюзном совещании "Базы физико-химических данных для оптимизации металлургических технологий" (Курган 1990), а также на ежегодных научных конференциях РНЦ "Курчатовский институт" (1991-1993).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе
ния, четырех глав, заключения и списка литературы. Материал диссерта
ции изложен на страницах текста, содержит рисунков, таблиц,
библиография- наименований.
