Введение к работе
Актуальность работы обусловлена следующими обстоятельствами.
Редкооемельные металлы (РЗМ), их сплавы и соединения испольоуются в ведущих отраслях современной промышленности, среди которых -черная и цветная металлургия, машиностроение, электроника, ядерная техника, производство оптических и огнеупорных материалов. Характер промышленного применения РЗМ настоятельно требует знаний об их теплофшических и иных свойствах в широком интервале температур.
Для дальнейшего развития фундаментальной науки и, в частности, физики РЗМ, необходимо проведение систематических экспериментальных исследований комплекса свойств отих металлов в твердом и жидком агрегатных состояниях. Результаты таких исследований помогут выработать адекватные теоретические представления о процессах, происходящих в РЗМ при высоких температурах, и ответить на многие вопросы, касающиеся особенностей электронной энергетической структуры, механизмов рассеяния носителей электрического оаряда и тепловой энергии, фаоовых переходов.
Свойства редкоземельных металлов при высоких температурах поучены недостаточно. Данные о таких теплофшических характеристиках (ТФХ) твердых РЗМ, как удельная теплоемкость, при температурах, близких к температурам структурных превращений и плавления, противоречивы или нуждаются в уточнении, а данные о таких ТФХ жидких РЗМ, как коэффициенты тепло- и температуропроводности, отрывочны или полностью отсутствуют.
Цель работы состоит :
в экспериментальном исследовании теплоемкости, температуро- и теплопроводности гадолиния, тербия и иттрия в твердом и жидком агрегатных состояниях и установлении (закономерностей изменения соответствующих теплофиоических характеристик отих металлов в области высоких температур;
в обсуждении полученных результатов, анализе процессов накопления и переноса теплоты, определении основных механизмов рассеяния носителей тепловой внергни и выявлении особенностей протекания структурных фазовых переходов в редкооемельных металлах;
в разработке методов намерений теплофиоических характеристик твердых и жидких РЗМ и создании експериментальних установок для исследования теплофиоических свойств этих металлов.
Научная новизна работы характеризуется следующими реоультата-ми.
-
Раоработан новый метод измерения ТФХ твердых и жидких материалов, Метод реализован в новой экспериментальной установке для исследования тешюфизических свойств редкоземельных металлов в твердом и жидком агрегатных состояниях.
-
Установлены закономерности изменения ТФХ гадолиния, тербия и иттрия в области высоких температур.
-
Существенно уточнены значения удельной теплоемкости гадолиния в ОЦК-фаое и коэффициента температуропроводности гадолиния и иттрия в жидкой фазе. Впервые получены значения коэффициента температуропроводности тербия в жидком агрегатном состоянии. Определены значения коэффициента теплопроводности жидких гадолиния, тербия и иттрия.
-
Установлено, что величина динамического коэффициента вязкости жидких гадолиния и тербия при нагреве от (1700-1800) до 2100 К уменьшается более чем в 1000 рао. Сделана оценка величины энергии активации структурных олементов втих металлов.
-
Выявлены основные особенности процессов накопления теплоты в твердом гадолинии в области температур ГПУ-ОЦК-лревращения и переноса теплоты в жидких гадолинии, тербии и иттрии. Для расчета соответствующих ТФХ предложено испольоовать двухполосную мод&ть s - і-рассеяния.
Практическая ценность работы (заключается в том, что :
разработаны методы измерения коэффициента температуропроводности и теплоемкости твердых и жидких материалов, модернизирована имеющаяся и создана новая экспериментальная установка для исследования теплофиоических свойств веществ, определены их метрологические характеристики;
получены данные о теплоемкости твердого гадолиния в окрестности температур ГПУ-ОЦК-перехода и о температуропроводности, теплопроводности и вязкости жидких гадолиния, тербия и иттрия в интервале температур от температуры плавления до 2100 К;
выявлены основные физические особенности процессов накопления и переноса теплоты в РЗМ.
На защиту выносятся следующие положения.
Перенос теплоты в жидких гадолинии, тербии и иттрии осуществля
ется в основном електронами, а рассеяние электронов обусловлено пре
имущественно их взаимодействием с решеткой. Особенности темпе
ратурных зависимостей ТФХ этих металлов могут быть объяснены в
рамках двухполоской модели з - d-рассеяния. /
Эффективные величины теплоемкости гадолиния в области температур ГПУ-ОЦК-перехода и коэффициентов температуропроводности гадолиния и тербия в жидкой фазе зависят от частоты температурной волны в образце, что обусловлено соответственно процессами перестройки кристалличесюй структуры твердого гадолиния и свободно-конвективным движением жидких гадолиния и тербия.
Существуют области изменений параметров теплофиоичесхих моделей, в пределах которых вовможно измерение ТФХ твердых и жидких материалов соответствующими методами с оаданной методической погрешностью при минимальном числе непосредственно измеряемых величин.
Величина коэффициента температуропроводности гадолиния, тербия и иттрия в жидком агрегатном состоянии возрастает при повышении температуры.
Апробация работы: о результатах работы докладывалось на 3 и 4 Всесоюоньи конференциях "Метрологическое обеспечение температурных и теплофгоических измерений в области высоких температур" (Харьков, 1986, 1990), на 9 Теплофивичесхой конференции СНГ (Махачкала, 1992), на 2 Всероссийсюй научной конференции студентов-физиков (Технополис Заречный-Ехатеринбург, 1994), на оаседаниях 2 Международной тешофи-оичесхой школы (Тамбов, 1995).
По теме диссертации опубликовано 10 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Общий объем диссертации-117 страниц, включая 27 рисунков и список литературы но 120 наименований. Диссертация состоит но введения, пяти глав и заключения.
\