Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Дегтяренко Свойства дефектов и их ансамблей, радиационная 2011

.pdf
Скачиваний:
70
Добавлен:
16.08.2013
Размер:
6.53 Mб
Скачать

ДалееI= из условия= cC = M получаем трансцендентное уравнение= =

R

для равновесной величины параметра дальнего порядка=oGW=

 

 

 

 

 

N + R *

Zw R *

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

K=================ENKOQF=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ok

 

 

 

 

 

 

 

N - R *

q

 

 

РешениеI= которое легко

получитьI= если представить

его в качестве=

обратной функции=TEoGFW=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q ( R*) =

Z w

 

 

 

R *

 

 

 

K=================ENKORF=

 

 

 

Ok ln

N + R *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N - R *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для сплава=Am_n в тех же приближениях можно получить=

 

æ

b + a × R * ö

(m + n × R *)× (n + m × R *)

. ===ENKOSF=

exp ç-

 

 

 

÷

=

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

O

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

kq

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m × n × N -

R *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При получении этого уравнения был использован= ряд

приближенийI= но

в

некоторых

 

 

случаях

их

точности =вполне

достаточноK=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зная величину параметра дальнего порядкаI= можно найти=

равновесное значение концентрации антисайтов==EрисKNKPMFW==

 

 

 

~

 

 

O

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

= C* (q )=

N

 

N - o* (q ) K===================ENKOTF=

 

 

 

 

 

R*, Сa*

N

M.5

Сa*

T

RN=

=

=

=

=

=

РисK=NKPMK=ТемпературJ ная зависимость конценJ трации антисайтов в= упорядочивающемся= сплаве АВ=

=

=

=

=

=

1.P.4. Температурная зависимость концентрация равновесных вакансий в упорядочивающихся сплавах

Представленное решение для равновесной концентрации= антисайтов может рассматриваться как первое приближение= по

неравенству Са=[[=CvK=

сплаве

может

образоваться

различными=

 

Антисайт

в

способамиK= НапримерI= атомыI= расположенные

на

соседних=

подрешеткахI=

обменяются

местамиK=

Такой

процесс

требует=

координированного движения двух атомовI=поэтому вероятность его=

 

невеликаK=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Однако при наличии вакансии атом

может

прыгнуть=

на

чужую подрешеткуI=просто заняв ее местоK=СледовательноI=вакансия=

 

–= катализатор

кинетических

процессовK= Вопрос

концентрации=

 

вакансий в упорядочивающихся сплавах важен именно для кинетики=

 

процессов упорядоченияK=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим упорядочивающийся сплав АВ=ERMWRMFK=Пусть=kAI=

 

kB=–=количество атомов сорта=A=и=_I=kAHkBZk=–=полное число атомов=

 

в сплавеK= Далее пусть= iaI= ib= –= число

узлов подрешеток

первого =и

второго

типаI=

ia + ib = i =

–=

общее

 

число

 

узлов

кристаллаK=

Необходимо отметитьI=чтоI=поскольку не все узлы сплава заполненыI=

 

то= k A ¹ ia I= k B ¹ ib K=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вновь

введем

величины=kAαI= kBβI= kAβI= kBα= –= количество=

 

атомов сортов=A=и=_= на соответствующих подрешеткахK=Количество=

 

атомов разных сортов в кристалле сохраняетсяI= поэтому=kAαHkAβZkA=

 

и= kBαHkBβZkBK= Пусть

также= ksαI=

ksβ=

–= число

вакансий

=на

подрешеткахI= ksαHksβZks= –= полное

количество

 

вакансийK=

Тогда=

виде

полное

количество

узлов

кристалла

можно

представить

в =

iZkAHkBHksI= количество узлов первой подрешетки= iαZkAαHkBαHksαI=

 

второй=–=iβZkAβHkBβHksβK=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае отсутствия вакансий в кристалле для числа атомов=

 

сорта=A=и=_=выполнялось бы соотношение=kAZkBZ

k

I=и поскольку в=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

этом

случаеI= рождение

дефектов

возможно только

за

счет

обмена=

двух

атомов местамиI= то= kAβZkBαK= Кроме

того количество= “своих≤=

 

атомов на подрешетках также одинаково=kAα=Z=kBβK=

 

 

 

 

 

 

 

RO=

=

Рассмотрим

теперь

кристалл

 

с

вакансиямиK= Введем=

следующую

упрощающую

модельW= пусть

 

вновь

антисайты=

рождаются только за счет двойного обмена атомамиK= Поскольку=

состояние равновесия не зависит от того I =каким способом в него=

пришлиI=

то

рассмотрим

переход

в

 

равновесное

состояниеI=

разделенный на два этапаK=

 

 

 

 

 

 

NK Стартуем с полностью упорядоченной конфигурацииK=Введем=

в кристалл равновесное число вакансийI= не меняя распределения=

атомов

по

подрешеткамK= При этом

количество

вакансий= на

подрешетках α и β будет равно=ksαI=ksβ соответственноK=

OK За счет обмена местами атомов добавим в систему антисайтыK=

При этом в соответствии с нашей моделью получим равновесное=

состояние кристаллаK=

 

 

ОтметимI=что в силу тогоI=что количества=“своих≤=и=“чужих≤=

атомов на

обеих

подрешетках

совпадаютI= kAαZkBβ= =

и= kAβZkBαK= И=

поскольку

мы

имеем дело

со сплавом= A I= т.еK=

iαZiβI =то из =

соотношений==

 

 

 

 

N =

k Aa

+

 

k Ba

+

ks a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ia

 

 

 

 

ia

 

 

ia

=

 

 

 

 

 

 

N =

k Ab

+

 

k Bb

 

+

ks b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ib

 

 

ib

 

ib

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

получаем=ksαZksβK=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параметр дальнего порядка можно ввести и при наличии=

 

вакансийW=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

A

= (

k Aa

-

ia

) / (N -

ia

) K===================================ENKO8F=

 

 

 

 

 

 

 

ia

 

i

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oBK=для

 

Аналогично

можно

записать

 

и

выражение=

 

Ввоспользовавшись

предложенной

модельюI= можно показатьI=

что=

 

упорядоченность

 

 

 

рассматриваемой

системы

=

м

характеризоваться единым параметром порядка= RA = RB º R K=

 

 

Рассчитаем свободную энергию кристалла с вакансиями= и

 

антисайтамиK=Вновь будем считатьI=что колебательные возбуждения=

 

слабо зависят от конфигурацииK= Усредним энергию кристалла по= состояниям с разными конфигурациямиI= но обладающими одним и=

RP=

=

тем же значением параметра дальнего порядка=oK=Общее число таких= конфигураций может быть рассчитано следующим образомW=

g R =

 

 

 

 

(ia )!

 

 

 

 

 

 

(ib )!

 

 

 

K========ENKOVF=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

Aa )

 

(

 

Ba

 

) (s a

 

 

(

)Ab )

(

Bb

 

) s(b

 

)

( )

k

!

k

!

!

!

!

 

 

 

 

k

 

k

! k

 

k

 

Для расчета средней конфигурационной энергии вновь= воспользуемся предположением о равновероятности различных= конфигурацийW=

N

t (R )= ( )åtk I=

g R k

где сумма взята по всем конфигурациямI= обладающим одинаковым= oK=Ограничиваясь приближением Брэгга-ВильямсонаI=запишем==

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

tk

-

t

 

æ

 

N ö

(tk

- t )

-

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e kq

= e kq åç

-

 

÷

 

 

 

 

 

» e

 

kq K=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

è

 

kq ø

 

 

j !

 

 

 

 

 

 

Таким образомI= свободная конфигурационная энергия= упорядочивающегося сплава с вакансиями может быть представлена= в видеW=

cC = -kq ln Z C » -kq ln g (R) + t (R)K=

В равновесии имеемW=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cC

= M X=====

cC

 

= M X=====

cC

= M K=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

ks a

 

 

 

 

 

ksb

Будем считатьI= что концентрация вакансий достаточно малаI= чтобы=

не влиять на зависимость= R (q )K=В равновесии получимW=

 

 

ì¶ ln g(R)

 

 

 

(R)

 

 

N t

ï

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kq ks a K=

ï

ks a

í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

¶ ln g(R )

N t (R )

ï

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ks b

kq ks b

î

RQ=

=

УчитываяI=что= ln g (R) » ia (ln ia - N) - ks a (ln ks a

i Zk

Hk

Hk

I=а производные=

 

x

[

ln x -N

= ln x

 

 

α

x

{

 

 

 

 

 

 

 

]

}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(o)

 

 

 

 

 

 

 

ksa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-ln

=

N

 

t

 

 

 

 

 

 

 

kq

ksa

 

 

 

 

 

 

 

ia

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ks b

 

 

N

 

 

 

 

(o )K=

 

 

 

 

-ln

=

 

 

 

t

 

 

 

 

ib

kq

 

ks b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- N) + L I=

получимW=

Для средней конфигурационной энергии можно записатьW==

t = -sAAnAA -sBBnBB -sAB (nAB + nBA )K=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производные=

t

 

выражаются

через

 

 

 

производные

четырех=

k s a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

величин=

nAA

I=

 

nBB

I=

 

nAB

I=

nBA

K=ЗдесьI=как и раньшеI=nAA=–=

 

 

 

 

 

 

 

ks a ks a ks a ks a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

число пар А=–=АK=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДопустимI= что

 

двухточечную

вероятность

 

можно составить=

из

произвольных

 

 

одночастичных

вероятностейK= Вероятность=

обнаружить

атом

типа

А

на подрешетке= α= ~=

 

k Aa

K= В

отсутствие=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ia

 

 

 

 

 

 

корреляции заселенность соседнего узла решетки не зависит от тогоI=

что

происходит

на

 

 

рассматриваемом

 

K= узлеТаким

 

образомI=

вероятность

тогоI= что

 

родившаяся

 

в

случайном

узле вакансия=

разорвет пару А–АI=равнаW==

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m( AA) = ZN ×C Aa × C Ab = ZN

 

k Aa

 

k Ab

 

K=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

a

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

ПредположимI=

 

что

после образования

вакансии

вынутый=

атом поместили на поверхностьI= тогда он восстановит половину= разорванных связей А=–=АK=СледовательноI=производная==

RR=

=

 

 

 

 

 

 

 

 

k Ab

 

 

n

AA

= -

Z

 

k Aa

 

K=

 

 

 

 

 

 

 

ks a

 

O ia ib

Тогда для производной средней конфигурационной энергии=

получаемW=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

és

 

k

 

k

 

+s

 

k

 

k

 

t

 

Z

AA

Aa

Ab

BB

Bb

Ba

=

ê

 

 

 

 

 

ú K=

ks a

 

Oiaib

ê+sAB (k Aa kBb + k Ab kBa )

ú

 

 

 

 

 

ë

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

û

Запишем выражения для количества атомов разных типов= для сплава АВ в приближении отсутствия вакансийW=

 

 

k Aa = k Bb

»

i

(N + R )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

K=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k Ba = k Ab

»

(N - R )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИтакI=получимW==

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)+ sBB (N - R

 

 

 

 

 

 

 

Z

é

 

 

- R

O

O

)

+

ù

 

-ln Cs a

 

êsAA (N

 

 

 

ú

I=

=

 

ê

 

AB ((

 

 

 

)

O

 

(

O

))

 

ú

8kq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ê

+s

 

 

 

 

+

- R

 

 

ú

 

 

 

 

ë

 

N + R

 

 

 

 

N

 

 

 

û

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тогда в результате для концентраций вакансий можно записать==

 

 

 

 

 

 

é

 

 

 

 

 

ZwR

O ù

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

êbM

+

 

ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ê

 

s

 

 

 

 

8

ú

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

ë

 

 

 

 

 

 

 

 

û

 

 

 

 

 

 

 

Cs a = Csb = e

 

 

 

 

kq

 

 

 

I=====================ENKPMF=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где= bvM = z (sAA + sBB + OsAB )I= w = OsAB - sAA - sBB K=

8

НапомнимI= что для чистого монокомпонентного вещества= реализуется арениусовская зависимость концентрации вакансий от= температуры==

- bsf

Cs = e kq K=

Для

упорядоченного

состояния

бинарного

сплава =

вид

зависимости

концентрации

дефектов

тот I= ножеI=

поскольку=

 

=

 

RS=

 

 

 

 

 

 

 

 

показатель экспоненты теперь более сложным образом зависит = от температурыI= график температурной зависимости концентрации= вакансий отличается от аналогичного графика для чистого вещества=

(рисKNKPNJNKPOFK=

=

РисK= NKPNK= Качественный вид температурной зависимости= параметра дальнего порядка и концентрации антисайтов= EслеваF= и= эффективной энергии образования вакансий=EсправаF=

=

=

РисK= NKPOK= Качественный вид температурной зависимости= концентрации вакансий в упорядочивающихся сплавах=

=

Так как в выражение для энергии формирования вакансии= входит параметр порядка= oI= что реально приводит к увеличению=

RT=

=

величины этой энергииI=можно подтвердить сделанный ранее вывод= о томI=что более упорядоченное состояние более==устойчивоK=

АналогичноI= энергия миграции в упорядоченном состоянии= имеет большее значениеI=чем в разупорядоченном=EрисKNKPPFK==

=

РисK=NKPPK=Качественный вид температурной зависимости коJ эффициента диффузии в упорядочивающихся сплавах=

=

1.4. Вопросы для самопроверки к разделу 1

NK Дайте определение дефекта кристаллаK=

OK Назовите основные виды дефектов кристаллических систем и= их классификацийK=

PK Что такое структура==кристаллического твердого тела?= QK Что такое морфология твердого тела?=

RK Соотнесите каждый из следующих дефектов с классификациJ ей по размерности= Eточечные дефектыI= линейные дефектыI= плоские= дефектыFW=

J=междоузельные атомыX= J=вакансииX=

J=примесные атомыX= J=междоузельная гантельX= J=вакансионная пустая пораI= J==пораI=заполненная газомX= J=граница кристаллаX= J=граница зернаX=

R8=

=

J=граница двойникаX= J=дислокация==краеваяX= J=дислокация винтоваяX= J=дислокационная петляK=

SK Может ли система междоузельных дефектов не порождать= = искажения решетки кристаллического твердого тела?=

TK Дайте определение и укажите порядок феноменологических= параметровI=характеризующих==дилатационный точечный дефектK=

8K В моноатомном кристаллическом твердом теле может= ли быть несколько типов междоузельных дефектов из собственных= атомовI=вакансий?=

VK Приведите примеры классификации сплавов= Eтвердых расJ творовFK=

NMK Дайте определение и приведите примеры сплава замещенияK= NNK Дайте определение и приведите примеры сплава внедренияK= NOK Дайте определение и приведите примеры сплава вычитанияK= NPK С понижением температуры концентрация равновесных Jде фектов должна понижатьсяI=в то же время на практике их оказываетJ ся существенно большеK=В чем причина?==

NQK В чем различие заселенности узлов при высоких и низких= температурах?=

NRK Представьте качественный график концентрации равновесJ ных дефектов и времени их жизни от температурыK=Какие величины= определяют эти зависимости?=

NSK Представьте качественный график концентрации равновесJ ных дефектов и времени их жизни от температуры при наличии= структурных вакансийK= Какие величины определяют эти зависимоJ сти?=При каких условиях создаются структурные вакансии?=

NTK Какие термоактивируемые процессы рождения дефектов суJ ществуют в кристаллах?=

N8K В каких процессах создаются неравновесные точечныеJ де фекты?=

NVK В каких процессах уничтожаются неравновесные точечные= дефекты?=

OMK Как влияет давление на концентрацию вакансий в кристалле?= При каких давлениях это влияние существенно?=

ONK Приведите определение упорядоченного сплава и покажите= на примереI=в чем различие сплава и раствора?=

RV=

=

OOK Что такое антифазные домены в упорядочивающихся сплаJ вах?=Приведите примеры?=

OPK Дайте определение дефектов=–=антисайтовK=

OQK Какой физический смысл имеет величина=wZOsA_=–=sAAJ=s__= для двойных сплавов?==Рассмотреть=w=YMI=w[MK=

ORK Для двухкомпонентного сплава замещения нарисовать качеJ ственную зависимость энергии образования вакансий от составаK= OSK Как экспериментально наблюдать фазовый переход порядокJ беспорядок в упорядочивающихся сплавах?=

OTK Нарисуйте качественный вид температурной зависимости= параметра дальнего порядка для упорядочивающегося сплава=A_K= O8K Нарисуйте качественный вид температурной зависимости= параметра дальнего порядка для упорядочивающегося сплава=An_mK= OVK Сколько решений можно найти для одного значения темпераJ туры для дальнего порядка?=

PMK Какой физический смысл отрицательных значений параметра= порядка?=

PNK Нарисуйте качественную зависимость дальнего и среднего= значения ближнего порядкаK=

POK Дайте определение ближнего порядкаK=

PPK По какому ансамблю происходит усреднение для ближнего= порядка?=

PQK Нарисуйте качественную зависимость концентрацииJ ан тисайтов от температурыK=

PRK Какие приближения используются при определении параметJ ра дальнего порядка?=

PSK Какой физический смысл параметра дальнего порядка =для сплава?=

PTK Нарисуйте качественную зависимость концентрации ваканJ сий от температуры в упорядочивающемся сплаве АВK=

P8K Какое соотношение между потенциалами взаимодействия= атомов должно выполняться в приближении парного взаимодействия= для тогоI=чтобы сплав был упорядоченным?=

PVK Физический смысл приближения среднего поля и его испольJ зование при выводе выражения для статистической суммы?=

QMK Назовите основные предпосылки при выводе выражения для= концентрации равновесных вакансий в упорядоченном сплаве АВK=

SM=

=

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]