книги из ГПНТБ / Хачатурян, А. Г. Теория фазовых превращений и структура твердых растворов

ОГЛАВЛЕНИЕ

§4. Феноменологическая теория фазовых переходов вто­

§7. Распад метастабильного твердого раствора . . . . 80

§8. О возможности образования метастабильных периоди­

§10. Метод статических концентрационных волн в урав­ нениях самосогласованного поля (простые решетки

§11. Использование метода электронной микродифракции

истатических концентрационных волн для расшифров­

§14. Метод статических концентрационных волн в урав­ нениях самосогласованного поля (сложные решетки

3

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Наиболее распространенные методы получения материалов с особыми механическими, электрическими, магнитными и другими свойствами основаны на широком использовании фазовых пре­ вращений в сплавах. Свойства сплавов теснейшим образом связаны с их структурой, кристаллической и субмикроскопи­ ческой. Последняя возникает в гетерофазных состояниях и определяется формой, взаимным расположением и степенью дис­ персности продуктов фазового превращения. Особенно ценными физическими свойствами обладают так называемые стареющие сплавы с высокой степенью дисперсности фазовых составляющих.

Всовременной технике используются сплавы, находящиеся как в гомогенных, так и в гетерофазных (гетерогенных) состояниях.

Впервом случае материал представляет собой однофазный твер­ дый раствор, физические свойства которого в основном определя­ ются структурой кристаллической решетки. Во втором случае это смесь фаз, отличающихся друг от друга составом и кристал­ лической структурой. Таким образом, тщательное изучение крис­ таллической и субмикроскопической (гетерогенной) структуры сплавов имеет большое научное и практическое значение. Оно позволяет установить связь между структурой и свойствами сплавов.

Особенно существенный прогресс в этой области был достигнут

впоследние годы в связи с широким использованием дифракцион­ ной электронной микроскопии и тонких методов ірентгенострук­ турного и нейтронографического анализа. Обширный эксперимен­ тальный материал, накопленный к настоящему времени, не может быть полностью осознан и систематизирован без соответствующего развития теоретических представлений. При написании книги ав­ тор имел в виду восполнить некоторый пробел, существующий меж­ ду экспериментальными и теоретическими исследованиями струк­ туры сплавов. Книга представляет собой попытку систематиче­ ского изложения теории и ее приложений к вопросам структуры твердых растворов. Она, разумеется, не в состоянии охватить весь материал, относящийся к данной теме. Книга в значительной ме­

6

ре основана на результатах, полученных автором в последние Гол ды, и, естественно, отражает его точку зрения на проблему. Спи­ сок литературы не может претендовать на полноту — цитируют­ ся, в основном, лишь те работы, которые фактически используют­ ся в тексте.

В книге затрагиваются четыре основных вопроса: структур­ ные аспекты фазовых переходов порядок — беспорядок, явления распада, роль внутренних напряжений в формировании гете­ рофазной структуры и теория деформационного взаимодействия примесных атомов внедрения и замещения.

Первая глава посвящена изложению кристаллогеометрии процессов упорядочения и термодинамической теории фазовых переходов второго рода в сплавах. В ней также дано краткое из­ ложение кинематической теории рассеяния несовершенными твер­ дыми растворами.

Во второй главе рассматриваются вопросы теории распада (обычного и спинодального).

Третья глава целиком посвящена статистической теории неиде­ альных твердых растворов с произвольным потенциалом межатом­ ного взаимодействия. Теория основана на использовании метода статических концентрационных плоских волн. Даны приложения теории к конкретным вопросам физического металловедения: оп­ ределению структуры субокислов Та и гидридов Та, Nb, по­ строению диаграмм равновесия Ге — А1 по данным диффузного рассеяния рентгеновских лучей неупорядоченными твердыми рас­ творами.

Четвертая глава посвящена изучению влияния внутренних на­ пряжений, связанных с фазовым превращением, на морфологию гетерофазного состояния. В ней изложена общая теория внутрен­ них напряжений в произвольной системе когерентных включений новой фазы и рассмотрены вопросы, касающиеся форм, ориентаций и ориентационных соотношений включений новой фазы и матри­ цы. Обсуждаются эффекты, связанные с образованием когерент­ ных пластинчатых включений и зон Гиньѳ — Престона. Общая теория внутренних напряжений используется также для объяс­ нения эффекта А-состояния — образования стабильных микро­ сегрегаций атомов в однофазной области диаграммы состояния.

Пятая глава посвящена изложению теории упругих концен­ трационных доменов в распадающихся твердых растворах, меха­ низм образования которых во многом аналогичен механизму образования доменов в ферромагнитных материалах. Теория уп­ ругих концентрационных доменов привлекается для объяснения модулированных периодических макроструктур, возникающих на промежуточной стадии распада твердого раствора.

Сопоставление теоретических результатов и эксперименталь­ ных данных, накопленных в ходе рентгеновского и электронно­ микроскопического изучения модулированных структур, прове­ дено в шестой главе.

7

Г Л А В А I

ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ УПОРЯДОЧЕНИЯ

§ 1. Кристаллография упорядоченных сплавов

Во многих случаях фазовые превращения в твердых растворах могут рассматриваться как результат перераспределения ато­ мов по узлам некоторой кристаллической решетки. При этом воз­ можны два случая. В первом из них перераспределение атомов происходит в масштабах, соизмеримых с межатомными расстоя­ ниями, и приводит к появлению упорядоченной фазы. Во втором случае перераспределение атомов происходит в маштабах, су­ щественно превышающих межатомные расстояния. При этом про­ исходит расслоение (распад) однородного твердого раствора на две или более фаз, отличающихся друг от друга составом.

Идея о том, что в твердых растворах могут существовать упо­ рядоченные фазы, была впервые высказана Тамманом в 1919 г. [1]. Однако систематическое изучение этого явления началось несколь­ ко позже в работах Бейна (1923) [2], Иоханссона и Линде (1925) [3] и др. и было связано с широким использованием методов рентгеноструктурноГо анализа. Рентгеноструктурные исследования позволили получить весьма подробную информацию о кристал­ лографии упорядоченных твердых растворов и легли в основу сложившихся к настоящему времени представлений о фазовых переходах типа порядок — беспорядок.

Высокотемпературное состояние упорядочивающихся сплавов замещения представляет собой однородный твердый раствор, в котором атомы компонентов хаотическим образом распределены по узлам кристаллической решетки. Такое состояние является неупорядоченным. В неупорядоченном состоянии вероятность за­ полнения любого узла атомом сорта а есть постоянная величина, которая равна атомной доле са компонента а. При понижении температуры происходит фазовый переход типа порядок — бес­ порядок. В результате фазового перехода узлы кристаллической решетки неупорядоченного раствора разбиваются на несколько подрешеток. Возможность разбиения узлов твердого раствора на подрешетки связана с тем обстоятельством, что вероятности за­ полнения узлов различаются для различных подрешеток и равны друг другу для одной и той же подрешетки. В геометрическом от­ ношении каждая подрешетка представляет собой пространствен-

9