Введение к работе
Актуальность темы. Химические реакции в кристаллах сопровождаются процессами изменения кристаллической структуры. Структурные превращения при твердофазных химических реакциях включают: формирование кристаллической структуры продукта реакции и фазовые превращения (полиморфные превращения, распад твердого раствора) как в исходном реагенте, так и в продукте реакции. Известно, что структурные превращения оказызают значительное влияние на структуру, морфологию продукта, кинетику и пространственное развитие химической реакции. Поэтому исследование механизмов структурных превращений и поиск методов управления их протеканием необходимо для целенаправленного воздействия на ход химической реакции (скорость, морфологию продукта). В настоящее время, структурные превращения при твердофазных химических реакциях практически пе исследованы. Это связано с тем, что химическая реакция в твердой фазе является сложным процессом, состоящим как минимум из двух стадий: самого химического акта (образования новых и разрыва старых химических связей) и процесса формирования кристаллической структуры продукта реакции. Наличие стадийности осложняет изучение особенностей структурных превращений при твердофазных химических реакциях. Наиболее удобным объектом для исследования структурных превращений являются полиморфные превращения. Перестройка кристаллической структуры при полиморфном превращении происходит без изменения химического состава. Поэтому полиморфное превращение может служить модельным объектом для изучения механизмов структурных превращений и разработки методов управления их протеканием. Кроме того, изучение возможности регулирования скоростью полиморфного превращения актуально и для материаловедения, поскольку полиморфные превращения лежат в основе изменения свойств материалов при термообработке.
Цель работы. Изучение возможности регулирования р->а полиморфного превращения в олове. Для решения поставленной цели исследования проводились по следующим направлениям:
изучение влияния примесных атомов на кинетику превращения;
изучение механизма релаксации напряжений, возникающих в ходе превращения из-за несоответствия объемов фаз;
изучение влияния релаксации напряжений па кинетику превращения.
Научная новизна. Впервые экспериментально обнаружено торможение межфазной границы адсорбированными примесными атомами при Р~>а превращении олова. Получены энергии взаимодействия примесных атомов с межфазной границей. Предложены критерии, определяющие эффективность торможения межфазной границы различными примесными атомами. Впервые изучено влияние релаксации напряжений, возникающих при превращении олова, на кинетику превращения. Определен механизм релаксации напряжений при р~*а превращении олова. Впервые обнаружен размерный эффект при р~>а превращении олова. Показано, что при уменьшении толщины образца скорость превращения уменьшается. Впервые предложен механизм влияния примесных атомов Ge на кинетику Р—»а превращения олова.
Теоретическое и практическое значение. Полученные результаты свидетельствуют, что кинетика превращения определяется не только элементарными процессами, происходящими на межфазной границе, но и зависит от процессов, сопровождающих превращение. В данной работе показано, что примесные атомы и релаксация напряжений оказывают значительное влияние на скорость превращения. Предложен подход, позволяющий из анализа кинетических данных получать сведения о механизме влияния примесных атомов и релаксации напряжений на ход превращения. Подобный подход может быть использован для исследования других структурных превращений, в которых межфазная граница является некогерентпой. Основные результаты, выносимые на защиту:
-
Экспериментальное доказательство возможности примесного торможения межфазной границы при р-кх превращении олова. Определение значений энергии взаимодействия примесных атомов свинца и висмута с межфазной границей.
-
Механизм релаксации напряжений, возникающих при Р~>а превращении олова.
-
Обнаружение и анализ причин размерного эффекта при р~>а превращении олова.
-
Механизм влияния примесных атомов Ge на кинетику превращения. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на ХШ Международном симпозиуме по реакционной способности твердых тел, Гамбург 1996; Ш Международной щколе-семинаре "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", Барнаул, 1996; 2-ой Международной конференции по механохимии и механической активации, Новосибирск, 1997; Европейской конференции по кинетике и реакционной способности твердых тел, Италия, 1997.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, включая 7 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Материал работы изложен на 127 страницах, включая 115 страниц текста с 4 таблицами, 21 рисунок и список литературы из 125 наименований.
