LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Хімічні науки → Рентгенографічне дослідження та аналіз локальної структури розплавів 3d-перехідних металів з оловом методом RMC

основі перехідного металу, по-друге, в наявності елементів квазикристалічності в локальній структурі атомів, характерних для інтерметалідів різного складу і, по-третє, в суттєвому скороченні міжатомної відстані R1(Me-Sn) та розширенні області її концентраційної незалежності.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Запропоновані в роботі методики дозволяють врахувати похибку в структурних параметрах кривої радіального розподілу атомів, яка обумовлена впливом "ефекту обриву" та провести строгу оцінку сумарної похибки в структурних параметрах, отримуваних при дифракційному експерименті невпорядкованих систем.

2. Результати аналізу локальної структури бінарних розплавів 3d-перехідних металів з оловом з використанням методу RMC є важливими для розуміння процесів, що протікають при одержанні аморфних сплавів на основі 3d-перехідних металів методом надшвидкого охолодження розплаву.

Особистий внесок здобувача. Постановка задачі досліджень виконувалась за участю дисертанта. Аналіз літературних даних і експериментальні дослідження проводились автором самостійно. Обговорення і тлумачення результатів досліджень відбувалось за активної участі дисертанта.

Апробація результатів здійснювалась в доповідях на конференціях різного рівня:

  • "Эвтектика IV". Міжнародна конференція. Дніпропетровськ, Україна, 24-26 червня 1997.

  • "Конструкційні та функціональні матеріали". Друга міжнародна конференція. Львів, Україна, 14-16 жовтня 1997.

  • "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов". IX Всероссийская конференция. Екатеринбург, Россия, 15-18 сентября 1998.

  • "Special problems in physics of liquids". Int. сonf. Odessa, Ukraine, 31.05-04.06.1999.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 наукових статей та 6 тез доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (168 найменувань). Робота викладена на 160 сторінках машинопису і містить 54 рисунки і 12 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано вибір теми, показана її актуальність, визначена мета дисертаційної роботи, відображена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів.

В першому розділі розглядаються загальні питання щодо отримання та інтерпретації результатів дифракційного дослідження бінарних розплавів з метою одержання інформації про характер впорядкування атомів. Розглядаються метод парціальних функцій та способи його експериментальної реалізації. Аналіз парціальних структурних функцій, отриманих з експериментальних даних, дозволяє суттєво розширити об'єм отримуваної інформації про структуру рідин. Вказується на те, що великі похибки в отримуваних парціальних структурних факторах, неоднозначність цих результатів та складність експериментальної реалізації методу роблять його практично непридатним для прямого застосування.

Коротко розглядаються підходи до модельного опису невпорядкованих систем. Показано, що переважна більшість моделей виходять або з теоретичних, або з емпіричних структурних гіпотез. Детально розглянуті сучасні підходи, які опираються на експериментальну інформацію про структуру рідини і дозволяють будувати структурні моделі невпорядкованих систем, які повністю узгоджуються з експериментом. Найбільш перспективним серед таких методів є метод оберненого Монте-Карло, Reverse Monte Carlo (RMC), котрий дозволяє отримувати тривимірні моделі структури невпорядкованих матеріалів, які кількісно узгоджуються з експериментом. Метод RMC – це варіація класичного методу Монте-Карло, проте тут мінімізується не енергія системи, а різниця між експериментальним структурним фактором aE(s) і розрахованим для тривимірної моделі aМ(s):

,

де (s) – стандартне відхилення для експериментального структурного фактору.

До головних переваг методу RMC перед іншими методами можна віднести :

1. Використання усіх наявних структурних даних, отриманих різними методами, та можливість розрахунку парціальних функцій.

2. Включення при моделюванні додаткових обмежень для структури у вигляді іншої експериментальної інформації або деяких припущень про систему.

3. Незалежність від потенціалу міжчастинкової взаємодії.

4. Отримання фізично можливих тривимірних структур, достовірність яких визначається точністю експериментальних кривих структурного фактору.

У другому розділі розлядаються методика проведення рентгенодифракційного експерименту, приготування зразків та обробки отриманих даних. Експериментальні криві інтенсивності розсіяного випромінювання були отримані на автоматичному θ-θ-дифрактометрі у варіанті методу "на відбиття" падаючого MoK-випромінювання від вільної поверхні розплавленого зразка в інтервалі кутів від 3о до 47.5о. При розрахунку структурних факторів враховувались кутова залежність інтенсивності некогерентного розсіювання, поправки на поляризацію та аномальну дисперсію в атомних факторах.

Розглянуто основні похибки, які виникають при одержанні та обробці експериментальних даних. Запропонована методика оцінки точності визначення структурних параметрів при дифракційному досліджені невпорядкованих матеріалів з використанням методу Стьюдента. Досліджено вплив "ефекта обриву" на величину отримуваних структурних параметрів. Встановлена лінійна залежність положення головного максимуму кривої розподілу атомів R1 та його площі А1сим від 1/smax (smax – максимальне значення вектора дифракції), що дозволяє врахувати вплив похибки "ефекта обриву" в значеннях структурних параметрів розплавів.

У третьому розділі наводяться та аналізуються отримані експериментальні дані для розплавів Fe-Sn, Co-Sn i Ni-Sn в широкому температурному і концентраційному інтервалах, а також дані вимірювання магнітної сприйнятливості для розплавів системи Fe-Sn. Детальний аналіз отриманих експериментальних результатів було проведено з використанням методу RMC. Для всіх розплавів число атомів в основній комірці моделі складало 5000, відстані мінімального наближення атомів дорівнювали: MeMe= 0.205 нм, MeSn= 0.220 нм та SnSn= 0.240 нм. Кількість реалізованих конфігурацій в процесі досягнення стану рівноваги складала близько 2.106.

Система Fe-Sn характеризується наявністю п'яти інтерметалідів, які плавляться інконгруентно: Fe3Sn, Fe5Sn3, Fe3Sn2, FeSn, FeSn2 та широкої області розшарування в рідкому стані. Максимальна точка куполу розшарування відповідає 50 ат. % Sn і 1630 С. Для системи Fe–Sn було досліджено розплави з вмістом 0, 10.0, 26.0, 30.3, 39.0, 66.7, 80.0, 90.0 та 100 ат. % Sn при температурах вище лінії ліквідус. Отримані криві g(R) (рис. 1) та a(s) для області 0–39.0 ат. % Sn суттєво відрізняються від кривих з концентраційної області 66.7–100 ат. % Sn. Для першої області характерна подібність з кривими для рідкого Fe, для другої – рідкого Sn. Паралельно, із збільшенням вмісту олова, відбувається поступове зростання найбільш ймовірної міжатомної відстані R1 в розплавах (табл. 1). Така зміна уявляється цілком логічною з огляду на те, що для рідкого олова значення R1 суттєво більші відповідних значень для Fe. Поряд з цим, зміна вказаних параметрів в інтервалі концентрацій 0–30.3 ат.% Sn відбувається досить повільно. Це дозволяє зробити висновок про відсутність у цій області