Взаимосвязь релаксации высокочастотного модуля сдвига и тепловых явлений в объемных металлических стеклах

• Автор: Макаров, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Основные аспекты стеклообразования, атомной структуры и модельных представлений о структурной релаксации металлических стекол. Влияние структурной релаксации на их механические и термодинамические свойства (литературный обзор)
1.1. Получение металлических стекол
1.2. Кинетика стеклообразования
1.3. Методы исследования атомной структуры металлических стекол
1.4. Структура металлических стекол
1.5. Индуцированная «дефектами» структурная релаксация МС
1.5.1. «Дефекты» структуры МС
1.5.2. Теория свободного объема
1.5.3. Межузельная теория
1.6. Влияние структурной релаксации на свойства металлических стекол.
1.6.1. Влияние структурной релаксации на упругие свойства
1.6.2. Исследования структурной релаксации в металлических стеклах методом дифференциальной сканирующей калориметрии
Выводы из литературного обзора
Глава II. Методика эксперимента
2.1. Получение и идентификация структурного состояния образцов объемных металлических стекол
2.2. Методика бесконтактного электромагнитно-акустического
преобразования для измерений модуля сдвига
Глава III. Взаимосвязь релаксации высокочастотного модуля сдвига и тепловых явлений в объемных металлических стеклах
Введение
3.1. Природа тепловых эффектов, возникающих при нагреве объемных металлических стекол РсЦоСизоГПшРго и Рб4| 25С1Ц125Р175 вблизи температуры стеклования

3.2. Определение восприимчивости модуля сдвига к концентрации вмороженных «дефектов» в объемных металлических стеклах РсЦоСизоКцоРго И Zr46Cu46Al
3.3. Взаимосвязь между модулем сдвига объемного металлического стекла Рб4оСизо№|оР2о, концентрацией вмороженных «дефектов» и модулем сдвига соответствующего кристалла
3.4. Релаксация модуля сдвига как проявление обусловленной «дефектами» структурной релаксации
3.5. Тепловые эффекты, возникающие при нагреве исходных и релаксированных объемных металлических стекол РТюМЬщРго и 2г46Си46А18 в широком интервале температур
Общие выводы по работе
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования. Бурное развитие физики конденсированного состояния в XX веке привело к значительным достижениям в понимании фундаментальных вопросов строения и свойств многих материалов, что послужило основой для их применения в современной технике. Пожалуй, нет ни одного технологического производства, где бы ни использовались механические, электрические, оптические, тепловые, антикоррозионные или другие свойства твердых тел. Однако, для интенсивного индустриального развития современного общества все более требуются материалы с уникальными свойствами, получение которых затруднено нерешенными проблемами физики конденсированного состояния. Среди этих вопросов особняком стоит проблема физической природы аморфного состояния. Лауреат Нобелевской премии по физике из Принстона Филип У. Андерсон в журнале Science [1] писал: «Самой глубокой и интересной нерешенной проблемой в физике твердого тела, вероятно, является теория о природе стекла и стеклования».
В 60-х годах XX века были открыты металлические стекла (МС). С этого времени их структура и свойства были предметом неослабевающего научного интереса. Оказалось, что МС обладают комплексом уникальных физических свойств, что делает их перспективными функциональными материалами. Однако, поскольку стекло имеет некристаллическую структуру, оно неравновесно, и, следовательно, имеет избыточную энергию Гиббса в сравнении с кристаллическим состоянием того же химического состава. Эта избыточная энергия является термодинамическим стимулом, определяющим самопроизвольную непрерывную эволюцию структуры стекла в более упорядоченное, но все еще некристаллическое состояние. Самопроизвольная эволюция структуры получила обобщенное название «структурная релаксация». Структурная релаксация имеет место во всех типах стекол (элементарных, оксидных, металлических, халькогенидных и

тетраэдрической конфигурации [78]. На рис. 1.11 показаны межузельные дефекты в гантельной конфигурации в ГЦК, ОЦК и ГПУ решетках.
Известно, что плавление является процессом, при котором кристалл испытывает фазовый переход первого рода и из твердого состояния переходит в жидкое. Но, несмотря на распространенность этого явления, до сих пор не существует общепризнанной теории плавления. Ряд теорий, интерпретирующих механизм плавления кристаллов были предложены в течение прошлого столетия. Например, Линдеман (Lindemann) в своей работе 1910 г. [83] предположил, что плавление инициируется механической нестабильностью твердого тела, которая вызывается увеличением амплитуды колебаний атомов, т.е. кристалл плавится, когда амплитуда атомных тепловых колебаний превышает некоторую критическую величину. Другой вариант однофазной теории объемного плавления предложил Борн (Вот) в 1937 г. [84]. Его теория основана на том, что жидкость отличается от кристалла тем, что имеет нулевое сопротивление сдвиговым деформациям. Расстояние между атомами увеличивается из-за теплового расширения, следовательно, возвращающие силы между атомами уменьшаются, и поэтому величина модуля сдвига падает с ростом температуры. Уменьшение модуля сдвига приводит к механической нестабильности твердой структуры и разрушению кристаллической решетки при некоторой температуре. В отличие от вышеописанных представлений, впоследствии были приняты попытки создания теории плавления, основанной на спонтанной тепловой генерации дефектов вблизи точки плавления, что должно приводить к исчезновению дальнего порядка и разрушению кристалла. Так, одним из первых, Я.И. Френкель предложил вакансионный механизм плавления [85-87], но при этом возникали трудности с интерпретацией экспериментально фиксируемой теплоты плавления. Как было установлено, такой механизм плавления для меди требует примерно 50%-ой концентрации вакансий в точке плавления [88]. На роль дефектов, ответственных за плавление были предложены также пары Френкеля [89-91], дислокации [92] и дисклинации