Феноменологическая теория структурных и магнитных фазовых переходов в сплавах Гейслера Ni-Mn-X (X=Ga,In,Sn,Sb)

• Автор: Загребин, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

1 Феноменологическая теория фазовых переходов в сплавах Гейслера М-Мп-ва при учете модуляции кристаллической решетки и внешнего магнитного поля

1.1 Свободная энергия кубического ферромагнетика

1.2 Фазовые диаграммы сплавов Гейслера №-Мп-Са при учете модуляции кристаллической решетки

1.3 Фазовые диаграммы сплавов Гейслера №-Мп-Са при учете магнитного поля

2 Феноменологическая теория фазовых переходов в сплавах Гейслера ЬЬ-Мп-Х (X = 1п, Бп, БЬ) с инверсией обменного взаимодействия

2.1 Свободная энергия кубического двухподрешеточного антиферромагне-тика

2.2 Фазовые диаграммы сплавов Гейслера №-Мп-Х (X = 1п, Бп, БЬ). Случай постоянного модуля вектора намагниченности
3 Фазовые диаграммы сплавов Гейслера №-Мп-Х (X = 1п, Бп, БЬ) при учете изменения модуля вектора намагниченности

3.1 Теоретическая модель

3.2 Фазовые диаграммы в параметрах термодинамического потенциала

4 Феноменологическая теория фазовых превращений в сплавах Гейслера №-Мп-Х (X = 1п, Бп, БЬ) с учетом влияния внешнего магнитного поля
4.1 Теоретическая модель
4.2 Зависимости намагниченности сплавов Гейслера МьМп-Х (X = 1п, Бп,
БЬ) от параметров свободной энергии
Заключение
Список публикаций автора по теме работы
Список цитированной литературы

Сплавы Гейслера (Heusler alloys) - особый класс соединений, названный в честь немецкого горного инженера Ф. Гейслера (F. Heusler), который в 1903 г. впервые обнаружил, что сплавы бронзы (сплав меди и марганца - Cu-Mn) с химическими элементами типа Sn, Al, As, Sb, Bi или В могут кристаллизовываться в ферромагнитные (ФМ) сплавы, в то время как сами составляющие элементы не являются ФМ [1]. Сплавы Гейслера определяются как тройные интерметаллические соединения с общей формулой X2YZ и структурой аустенитной фазы типа Ь2, которую, как показано на рис. 1, можно представить в виде объемно-центрированной кубической решетки (ОЦК), в которой атомы элемента X занимают позиции в центре куба, а атомы элементов Y и Z, чередуясь, занимают угловые позиции [1-3].

Рис. 1. Кристаллическая структура сплавов Гейслера Х2Уг . Черным, белым и серым цветами обозначены позиции атомов элементов X, У и Z соответственно.
Составляющие X, У и Z в сплавах Гейслера могут быть следующие: X - Ге, Со, N1, Си, Zn, Ии, Ш1, Рф Ag, Сф 1г, Р1, Аи; А - Тц V, Сг, Мп, У, Ъх, N6, Ш, Та, С<1, ТЬ, Эу, Но, Ег, Тт, УЬ, Ьи; Z - А1, 31, Са, Ое, Ав,

In, Sn, Sb, Ti, Pb, Bi [1].
В последнее время повышенный интерес вызывают сплавы Гейсле-ра Ni-Mn-X (X = Ga, In, Sn, Sb). Связано это с тем, что в данных сплавах наблюдается ряд интересных эффектов, таких как эффект памяти формы в ФМ состоянии, сверхупругость, сверхпластичность, магнитокалорический эффект [2-5].
Эффект памяти формы (shape memory effect) - это явление, при котором пластически деформированный металл восстанавливает свою первоначальную форму при внешнем воздействии. Впервые данный эффект был открыт в 1951 г. на сплаве Аи-47.5ат%Сс1, а затем в 1963 г. - на сплаве Ni-Ti (нитинол), который получил большую известность [6].
Эффект памяти формы связан со структурными мартенситными превращениями [2]. Мартенситные превращения - структурные фазовые переходы бездиффузионного кооперативного типа. Такие превращения характеризуются согласованными смещениями соседних атомов на расстояния меньше атомных. В результате такие превращения приводят к существеному искажению решетки с понижением симметрии [2]. Обычно исходная (высокотемпературная) фаза является кубической. В литературе она часто упоминается как «Аустенит» или «Аустенитная фаза». Низкотемпературная фаза - «мартенсит» - имеет более низкую симметрию [2].
Благодаря особенностям осуществления мартенситного превращения реализуется эффект памяти формы. Путем охлаждения до температуры ниже точки мартенситного превращения образец переводится в мартенситную фазу. При охлаждении образца ниже температуры мартенситного превращения - Тт происходит термоупругое мартенситное превращение, приводящее к образованию равновесной самосогласованной двойниковой структуры. В результате этого превращения макроскопическая форма образца не меняется. Приложение внешнего давления приводит к процессам перестройки системы структурных доменов мар-

Условия устойчивости:
В2 — 4ас > 0, Ве (а + 2signЬeз 4- Зе3) + 2Ват? > О,
РфА + 2£>ез + 2Ут2 > 0, (2Вое| + а + 38т2) х х [Ве (а + 2signЬeз + Зе2) + 2Вот2] — 16Вое3т2 > 0.
Здесь а = 1 с = *
5. ФМ тетрагональная модулированная фаза (ГТМ) (из-за громоздкости полные выражения для вычисления тиез здесь не приводится)
/ ® , "Глг о -®о Г В]
т = ]/^-2М у-2езт^2езТ’
Уе (ае3 + sign6ef + е|) + В |^>|2 +
+ (2В0е3 + ВО - 2 ||2 у - 2е2^ - 2е3^ = 0,

Рфт ^ 2Вез + + 2 Мт‘р(2£
2Гф
V
В (1.28) Вфт = signB — 4Лг2/<5, а тщс ~ выражение для определения намагниченности фазы 4.
Условия устойчивости:
Ве (а + 2sign6eз + Зе2) + 2В0т2 > 0,
^ (Л + Зы§пВ ф2 + 5 |^|4) + 2Ве3 + 2Ут2] х х (Ве (а + 2signЬeз + Зе2) + 2В0т2) — 4В21-0|2 > 0,
+ ЗsigrlB 1р2 + 5 |^>[4) + 2Уе3 + 2Ут2^ х х[{Ве (а + 2signbez + Зе|) + 2В0т2} х х ^2Вдвз + 2Вхез + ее + 35т,2 + 2У |,0|
-4т2 (2В0е3 + Вх)2] + 16У ф2т2х
х {IV [Ве (а + 2sign6eз + Зе|) + 2В0т2] + В(2Вое$ + Вх)} --4В2 |^|2 (2В0е| + 2В1ез + а + 3£т2 + 2У |^|2) > 0.