Иерархические модели атомного строения икосаэдрических и кубических апериодических фаз : квазикристаллов

• Автор: Ха Тхань Лам
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Сущность явления квазикристаллов

1.2. Физические свойства квазикристаллов

1.3. Влияние выделения квазикристаллических фаз на механические

свойства сплавов

1.4. Теоретическое описание атомной структуры квазикристаллов

1.5. Политопный подход к описанию структуры квазикристаллов

1.6. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 3. АТОМАРНАЯ МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ ИКОСАЭДРИЧЕСКОЙ

ФАЗЫ (1-ФАЗЫ)

ГЛАВА 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ
4.1. Сравнение с электронномикроскопическими и
рентгенографическими данными
4.2. Модель превращения икосаэдрического квазикристалла в ОЦК-фазу.

4.3. Химический состав икосаэдрического квазикристалла
ГЛАВА 5. МОДЕЛЬ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ КУБИЧЕСКОЙ АПЕРИОДИЧЕСКОЙ ФАЗЫ (КВАЗИКРИСТАЛЛА БЕЗ ЗАПРЕЩЕННОЙ
ОСИ СИММЕТРИИ)
ГЛАВА 6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Актуальность работы. Икосаэдрические квазикристаллы, т.е. объекты с некристаллографической икосаэдрической симметрией картин точечной дифракции электронов были октрыты в 1984 в сплавах системы алюминий-марганец после закалки из жидкого состояния. С тех пор диапазон систем сплавов, образующих квазикристаллические фазы, значительно расширился, он включает в себя сплавы на основе титана, циркония, магния, палладия, галлия и др. Во всех случаях дифракционные картины свидетельствуют об отсутствии трансляционного дальнего порядка в этих фазах, поэтому их можно отнести к классу апериодических структур. Однако до сих пор проблема атомного строения квазикристаллических материалов остается нерешенной проблемой физики конденсированного состояния. Наиболее распространенным методом описания структур квазикристаллических фаз остается т.н. метод срезов и проекций (МСП) 6-мерных кубических решеток. Этот чисто формальный математический прием позволяет объяснить происхождение икосаэдрической симметрии точечных картин дифракции электронов, но не дает реальных атомных позиций в структуре. Кроме того, давно открытые в системах У-М-Яі, Ре-ЬІЬ-Яі-В, ЇУ^-А1 апериодические фазы с кубической симметрией картин точечной дифракции (названные "квазикристаллами без запрещенных осей симметрии") до сих пор остаются вообще без теоретического объяснения. Между тем в рамках алгебраической геометрии возможен общий подход к описанию кристаллических и некристаллических структур, основанный на использовании конструкций, определяемых 8-мерной решеткой Р8, при этом широко используемые в теориях квазикристаллов 6-мерные кубические решетки являются лишь подструктурами этой решетки.
Практическое значение квазикристаллов к настоящему времени сводится к двум аспектам: (1) открытие объектов с некристаллографической

картиной точечной дифракции указывает на ограниченность обычных методов описания структуры конденсированных фаз с помощью трехмерных периодических решеток и дефектов в решетках, а значит и на возможность получения материалов с иным, ранее неизвестным способом организации структуры; (2) в настоящее время обнаружено, что выделение наночастиц икосаэдрических квазикристаллов при распаде твердого раствора в промышленно важных сплавах - высокопрочных мартенситно-стареющих сталях и массивных металлических стеклах на основе циркония существенно улучшает их механические свойства; (3) сами квазикристаллы обладают необычной комбинацией физических свойств, в частности исключительно высоким удельным электросопротивлением и аномально низким поверхностным натяжением. Всеми этими обстоятельствами определяется актуальность настоящей работы, посвященной разработке структурных моделей апериодических фаз с икосаэдрической и кубической симметрией картин точечной дифракции с единых позиций на основе концепций алгебраической геометрии.
Целью диссертационной работы является разработка в рамках концепций алгебраической геометрии структурных моделей икосаэдрических квазикристаллических фаз и кубических апериодических фаз на основе единого представления об их иерархической структуре (сборки кластеров из кластеров), а также сопоставление параметров модели с экспериментальными данными. Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:
• используя экспериментально наблюдаемые атомные кластеры, построить атомарные модели строения апериодических фаз с икосаэдрической (сплавы А1-Мп, А1-Мп-8ц А1-Си-Ре) и кубической (сплавы М£-А1, Ре-ЫЬ-8ьВ, У-М-БО симметрией как иерархическое объединение 3-мерных сечений 4-мерных политопов, определяемых 8-мерной решеткой Ех;

когда можно получить новые кристаллографические или некристаллографические заполнения пространства. Кроме того, невозможно исследовать структурные превращения, когда происходит реконструкция координационных полиэдров. Кристаллографические программы Atoms и Diamond для построения пространственной модели данной структуры требуют ввода пространственной группы, периодов решетки и стартовых координат атомов. Размножение позиций Вайкова (правильной системы точек) по данной пространственной группе и построение пространственной модели эти программы выполняют самостоятельно.
Исходные данные для построения пространственной модели соединения BaHgn следующие:
Пространственная группа РтЗт, № 221.
Период примитивной кубической решетки а = 0,962 нм.
Позиции Вайкова и стартовые координаты атомов приведены в Таблице 2.1:
Таблица 2.1.
Координаты атомов структуры BaHgn в долях периода решетки [68].
Позиция Вайкова X У z
1Нв(Ь) 0.5 0.5 0
ЗВа (d) 0.5 0
8Hgfe) 0.155 0.155 0
12Hg(/) 0 0.345 0
12Hg(/) 0.5 0.275 0
Правильное семейство точек группы РтЗт: (Ь):
1/ 1/ 1/-
/2’/2’/2 ’
(d): У,,0,0; 0,у,0; о,о,у
(g):x,x,x;
х,лг,х; Х,Х,Х Х,Х,Х1
х,х,х х,х,х х,х,х х,х,х