Главная » 2014 » Июль » 19 » Скачать Взаимосвязь аморфного состояния металлических сплавов и структур, возникающих при их кристаллизации. Аронин, Александр Семенович бесплатно
9:43 PM
Скачать Взаимосвязь аморфного состояния металлических сплавов и структур, возникающих при их кристаллизации. Аронин, Александр Семенович бесплатно
Взаимосвязь аморфного состояния металлических сплавов и структур, возникающих при их кристаллизации
Диссертация
Автор: Аронин, Александр Семенович
Название: Взаимосвязь аморфного состояния металлических сплавов и структур, возникающих при их кристаллизации
Справка: Аронин, Александр Семенович. Взаимосвязь аморфного состояния металлических сплавов и структур, возникающих при их кристаллизации : диссертация доктора физико-математических наук : 01.04.07 Черноголовка, 2002 258 c. : 71 04-1/98-1
Объем: 258 стр.
Информация: Черноголовка, 2002
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Обзор литературы
11 Анализ экспериментальных результатов исследования атомной структуры аморфных металлических сплавов
111 Параметры структуры ближнего порядка
112 Ошибки дифракционного эксперимента
12 Компьютерное моделирование атомной структуры аморфных металлических сплавов
121 Потенциалы межатомного взаимодействия
122 Статические модели атомной структуры
123 Релаксированные модели
13 Применение теории протекания в исследовании неупорядоченных систем
131 Решеточные задачи
132 Нерешеточные задачи
14 Постановка задачи
ГЛАВА 2 Методика эксперимента и компьютерного моделирования
21 Получение аморфных сплавов методом ионно-плазменного распыления
22 Измерение состава исследуемых сплавов методом электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа
23 Методика рентгенодифракционного исследования структуры аморфных сплавов
24 Методика компьютерного моделирования
241 Начальное расположение атомов и периодические граничные условия
242 Метод молекулярной динамики
243 Расчет структурных характеристик
ГЛАВА 3 Атомная структура аморфных сплавов Re-T6 (Т6=ТЬ, Та)
31 Рентгенодифракционное исследование атомной структуры аморфных сплавов Rei0o-x-Tbx (х=18-89 ат%)
32 Компьютерное моделирование атомной структуры аморфных сплавов Re-T6 (Т6=ТЬ, Та)
321 Полиномиальный потенциал межатомного взаимодействия
322 Структура аморфных сплавов Reioo-x-Tax (х= 10-45 ат%)
323 Структура аморфных сплавов Reioo-X-Tbx (х= 18-89 ат%)
ГЛАВА 4 Анализ атомной структуры аморфных сплавов в рамках теории протекания
41 Кластерная структура и порог протекания в аморфных сплавах Re-Tb
42 Фрактальная размерность перколяционного кластера
43 Связь кластерной структуры аморфных сплавов Re-Tb с магнитными свойствами
44 Исследование концентрационной зависимости перколяционного радиуса
Введение:
Актуальность темы. Аморфные материалы, благодаря наличию уникального комплекса физических свойств, вызывают большой интерес как с точки зрения фундаментальных проблем физики твердого тела, так и в связи с возможностями их практического применения. При этом исследование атомной структуры является одной из важнейших задач физики аморфного состояния. Однако в данной области исследований существует ряд серьезных проблем и нерешенных вопросов.
Широко распространенные дифракционные методы исследования атомной структуры аморфных сплавов (АС) не позволяют получить трехмерную пространственную картину расположения атомов, что вызывает необходимость построения и анализа компьютерных моделей атомной структуры аморфных материалов, дающих возможность определения координат всех атомов.
Как известно, для кристаллов характерна трансляционная симметрия, для квазикристаллов - поворотная симметрия (мозаики Пенроуза). В аморфных же материалах неизвестны закономерности пространственного расположения атомов. Дифракционные методы исследования атомной структуры АС, так же как и традиционные компьютерные модели, не позволяют установить аналогичные закономерности (правила) пространственного расположения атомов для аморфных материалов. В связи с этим актуальной задачей является разработка новых способов описания структуры аморфных материалов.
Тематика данной диссертации соответствует "Перечню приоритетных направлений фундаментальных исследований", утвержденных Президиумом РАН (раздел 1.2 - "Физика конденсированных состояний и вещества"). Настоящая работа является частью комплексных исследований, проводимых на кафедре физики твердого тела Воронежского государственного технического университета по плану госбюджетной НИР № 01.2. 00106973 "Синтез, структура и физические свойства перспективных материалов электронной техники".
Выполненная работа была частично поддержана грантами № 99-02-17230, № 01-02-06157, № 02-02-16267 и № 02-02-06073 Российского Фонда Фундаментальных Исследований.
Цель работы. Исследовать методами рентгеновской дифракции и компьютерного моделирования атомную структуру двойных АС рения с переходными металлами шестого периода при последовательном замещении одного из компонентов близким элементом того же периода и при систематическом изменении состава сплавов в широкой области концентраций. Провести анализ молекулярно-динамических моделей атомной структуры двойных АС, основанный на применении теории протекания и фрактальной геометрии.
В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:
1. Методом рентгеновской дифракции провести исследование атомной структуры АС в двойной системе Яеюо-х-ТЬх в широкой области составов (х=18-89 ат.%).
2. Разработать метод расчета потенциала межатомного взаимодействия в металлах, использование которого при моделировании структуры АС позволило бы адекватно описывать экспериментальные результаты исследования атомной структуры .
3. Построить компьютерные модели атомной структуры АС систем Яе-ТЬ и Яе-Та, адекватно воспроизводящие экспериментальные данные по их атомной структуре*.
4. Методом компьютерного моделирования исследовать структуру топологического и композиционного ближнего порядка АС систем Яе-ТЬ и Яе-Та.
5. Провести анализ атомной структуры АС системы Яе-ТЬ и Яе-Та в рамках теории протекания и фрактальной геометрии .
Научный консультант по разделам 2, 3 и 5 - д.ф.-м.н., проф. И.Л. Батаронов
Научная новизна. В работе впервые:
1. Методом рентгеновской дифракции исследована атомная структура АС системы Яе-ТЬ, определены параметры топологического ближнего порядка.
2. Построен новый полиномиальный потенциал межатомного взаимодействия для моделирования структуры двойных АС переходных металлов, позволяющий получать модели АС, адекватно воспроизводящие экспериментальные результаты исследования их структуры.
3. Методами компьютерного моделирования исследована атомная структура аморфных сплавов рения с переходными металлами шестого периода: Яе-Т6 (Т6=ТЬ, Та), определены параметры топологического и композиционного ближнего порядка.
4. Предложен новый подход к анализу атомной структуры АС, основанный на применении теории протекания и фрактальной геометрии. Проведен анализ атомной структуры АС Яе-ТЬ и Ые-Та с использованием разработанного подхода.
Практическая значимость. Полученные результаты по структуре двойных аморфных сплавов тугоплавких металлов необходимы для разработки и получения новых аморфных сплавов, используемых в электронной технике.
Разработанный программный комплекс для моделирования структуры АС с применением полиномиального потенциала может быть использован для построения и анализа компьютерных моделей структуры широкого класса аморфных металлических сплавов.
Новый подход к анализу структуры двойных аморфных сплавов, основанный на применении теории протекания и фрактальной геометрии, является перспективным и может быть использован для разработки теорий структуры аморфного состояния и установления взаимосвязи атомной структуры с физическими свойствами АС, в частности, может быть полезен для описания магнитных фазовых переходов в АС.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Структура топологического ближнего порядка аморфных сплавов в двойных системах рения с тугоплавкими металлами 6 периода: тербием и танталом — не зависит от количественного и элементного состава сплавов. Основные параметры топологического ближнего порядка: координационное число первой сферы и относительные радиусы координационных сфер имеют постоянные значения во всем интервале составов для всех систем. Для AC Re-Та основные параметры композиционного ближнего порядка также не зависят от состава.
2. Разработан полиномиальный потенциал межатомного взаимодействия для двойных АС переходных металлов, с использованием которого построены модели атомной структуры AC Re-T6 (Т6=ТЬ, Та), адекватно воспроизводящие экспериментальные результаты исследования их структуры.
3. Новый подход к анализу атомной структуры АС, основанный на применении теории протекания и фрактальной геометрии. Показано, что универсальность критических показателей теории протекания распространяется и на аморфную структуру, в то время как концентрационная зависимость перколяционного радиуса в аморфной структуре коррелирует с радиальной функцией распределения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на: IX Российской конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов" (Екатеринбург, 1998); II и III Всероссийских семинарах "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, 1999 и 2000); International Conference on Glasses and Solid Electrolytes (Saint-Petersburg, 1999); 10th International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials (Bangalore, India, 1999); XX Международной конференции "Релаксационные явления в твердых телах" (Воронеж, 1999); 8th European Magnetic Materials and Applications Conference (Kyiv, Ukraine, 2000); VII Всероссийской конференции "Аморфные прецизионные сплавы: Технология - Свойства - Применение" (Москва, 2000); Euro-Asian Symposium "Trends in Magnetism" (Ekaterinburg, 2001); 26th Middle European Cooperation in Statistical Physics (Prague, Czech Republic, 2001); VII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (С.-Петербург, 2001); III Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (Москва, 2001); II Международном симпозиуме "Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах" (Сочи, Лазаревское, 2001); Международной школе-семинаре для молодых ученых, аспирантов и студентов "Нелинейные процессы в дизайне материалов" (Воронеж, 2002); 1 Ith Int. Conf. on Rapidly Quenched and Metastable Materials (Oxford, UK, 2002).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ в виде статей и тезисов докладов, из которых в диссертации использовано 20 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 расчеты, принято участие в написании статей. Консультации по разработке полиномиального потенциала межатомного взаимодействия, компьютерному моделированию и анализу атомной структуры аморфных сплавов в рамках теории протекания осуществлял д.ф.-м.н., проф. И.Л. Батаронов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 132 страницы текста, включая 44 рисунка, 10 таблиц и библиографию из 141 наименования.
