Гамма-резонансное исследование высокодисперсных материалов

• Автор: Соломатин, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : 6 ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава 3. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ СИСТЕМЫ УВа2СизОу. "

Глава 4. АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ

4.1. СПЛАВЫ БеА!

4.2. СПЛАВЫ БеРМп

4.3. СПЛАВЫ ЕеР8ь

4.4. СПЛАВЫ ГеМпУС

4.5. СПЛАВЫ БеРУ. , - 88
Глава 5. ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЕ ЧАСТИЦЫ ИЗ СОСТАВА МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Глава 6. НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ
6.1. СТАЛИ. ЛЕГИРОВАННЫЕ
6.2. СПЛАВЫ БеСг
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность темы.
Гамма—резонансная (мессбауэровская) спектроскопия (ГРС) является неразрушающим методом исследований строения вещества [1-9]. В настоящее время в промышленности широко используются аморфные сплавы, легированные стали, начинают использоваться магнитные жидкости, на очереди стоят высокотемпературные сверхпроводники.
Свойства всех этих веществ зависят от их дисперсной структуры. Поэтому актуальны исследования данных материалов различными методами, в том числе ГРС, имеющей определенные преимущества при изучении подобных объектов. Особенно эти преимущества сказываются при изучении различных способов синтеза исследуемых объектов.
Это позволяет, сопоставив результаты таких исследований с результатами, полученными другими методами, (электронная микроскопия, рентгеновская дифрактомстрия, и другие), получить более подробную и ценную информацию о физико-химических свойствах вещества на ультрадисперсном уровне, об объемных и поверхностных превращениях после внешних физико-химических воздействий.
Исследованные в данной работе высокотемпературные сверхпроводники, аморфные сплавы, стали, высушенные образцы магнитных жидкостей имеют высокодисперсную структуру.
Для всех этих материалов характерна сильная зависимость их свойств от степени дисперсности их структуры (размерные эффекты).
Несмотря на то, что количество мёссбауэровских исследований таких материалов достаточно велико, однако, имеющиеся данные пока не позволяют точно прогнозировать свойства изучаемых материалов и определять пути улучшения их свойств. Необходимы новые данные о зависимости высокодисперсной структуры материалов от условий их синтеза, а также данные по зависимости свойств сплавов от их дисперсности структуры. Одним из наиболее информативных методов,, позволяющих получать такие данные, является метод мессбауэровской спектроскопии.
Поэтому актуально проведение комплексных исследований, в том числе с использованием мессбауэровской спектроскопии, этих материалов, с целью получения более подробной информации
В работе решена важная научная задача, имеющая также существенное прикладное значение, заключающаяся в получении данных о зависимости высокодисперсной структуры вышеупомянутого ряда материалов от условий их синтеза, а также данные о зависимости их свойств от их дисперсной структуры.
Цель диссертационной работы.
Основной целью работы являлось получение данных и установление зависимости свойств высокотемпературных сверхпроводников, аморфных сплавов, магнитных носителей в магнитных жидкостях, нержавеющих сталей от формирующейся в них высокодисперсной структуры, при различных условиях их синтеза.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Е Исследованы методами ГРС объемные и поверхностные превращения, а также формирование кристаллической структуры в следующих высокодисперсных материалах:
• высокотемпературных сверхпроводниках УВагСизО* с мелкодисперсной структурой, полученных из механоактивированных компонентов шихты;
• сплавах РеА1 эквиатомного состава, полученных механохимическими методами или отжигом, в зависимости от условий синтеза;
• сплавах системы ГеРМп, ГеРБц ГеР81МпУС, ГеРУ, полученных при отжиге
аморфных сплавов этих систем;
• мелкодисперсных магнитных частицах из магнитных жидкостей с различным составом, размером частиц и методами их стабилизации;
• борсодержащих аустенитных нержавеющих сталях, легированных кремнием;
• сплавах системы БеСг, после различных режимов термообработки.
II. Сопоставлены полученные данные с их составом, методом получения, размером частиц, а также с результатами, полученными другими методами и с литературными данными
III. Установлены связи между дисперсной структурой, методами синтеза материалов, и их физико-химическими свойствами
Научная новизна и практическая ценность работы.
1) Метод ГРС впервые использован для исследования влияния катионной разупорядоченности на локальную структуру кислородного окружения Си(1) в поликристаллических высокодисперсных сверхпроводниках типа 1-2-3: УВагСигдаРео.онОу, и при этом впервые обнаружено, что параметры компонент мессбауэровских спектров, соответствующих различным кислородным окружениям позиции Си(1), коррелируют с изменением параметра с кристаллической ячейки ВТСП.
• На основе анализа мессбауэровских спектров в неравновесных образцах ВТСП впервые предложен способ количественной оценки кислородного содержания б в плоскостях СиОб, и показано, что у неравновенсых образцов 5> 1.
• Установлено, что в кристаллической структуре неравновесных мелкодисперсных ВТСП типа 1-2-3 существуют антиструктурные взаимозамещения (типа У3+оВа2+) в катионной подрешетке, и показано, что выявленные изменения в локальной структуре обусловлены неравновенсыми условиями синтеза изученных образцов ВТСП.
2) Получены новые данные о формировании кристаллической структуры в сплавах РеРЗц РеРМп, БеРУ, РеР81МпУ и РеР81МпУС. Выяснены особенности кристаллизации сплавов в зависимости от концентрации легирующих компонентов.
• Определены причины различной склонности отожженных сплавов к упрочнению при кристаллизации. Показана роль как легирующих элементов, так и температуры отжига.
3) Получены данные об окисном и гидроокисном составе железосодержащих частиц из состава магнитных жидкостей (в том числе состаренных в течение длительного времени). Эти данные могут быть важны при оценке токсичности магнитных жидкостей (при их применении в биологии и медицине) и для определения срока годности медицинских и биологических препаратов на их основе
4) Получены новые данные о влиянии легирующих компонентов на фазовый состав сталей и сплавов РеСг и на их коррозионно-электрохимические свойства.
• Получены данные об изменении электронной плотности на ядрах железа в сталях и сплавах под влиянием легирующих элементов, и показано влияние электронной структуры сталей и сплавов на их коррозионно-электрохимические свойства.
Основные положения, выносимые на запит'.
Результаты первых мессбауэровских экспериментальных исследований кислородного окружения Си(1) и катионной разупорядоченности в , поликристаллических высокодисперсных ВТСП типа 1-2-3, полученных с использованием неравновесных условий синтеза.
2) Результаты мессбауэровских экспериментальных исследований отожженных из исходного аморфного состояния сплавов различных систем, содержащих

Внутрикристаллические магнитные поля обусловлены специфическим строением электронных оболочек атома и могут существовать лишь в том случае, когда полный механический момент количества движения атома в веществе отличен от нуля. Величины полей на ядрах в ферромагнитных и антиферромагнитных материалах составляют сотни килоэрстед. При наличии сильного электростатического взаимодействия между электронами энергетически выгодным может оказаться состояние с параллельной (или антипараллельной) ориентацией спинов. Результирующая энергия взаимодействия наряду с чисто классическим кулоновским членом содержит еще добавочный специфический квантовый член, зависящий от взаимной ориентации спинов. Эта добавочная энергия получила название обменной. У ферромагнетиков, минимум обменной энергии наблюдается при параллельной ориентации спинов. У антиферромагнетиков минимум обменной энергии наблюдается при антипараллельной ориентации спинов. В ферромагнетиках возникает доменная структура вещества. В каждом из доменов все атомные спины оказываются ориентированными вдоль определенного направления. Если теперь на такой образец наложить внешнее магнитное поле Н0, то благодаря взаимодействию магнитного момента домена с внешним полем появится ориентация атомных спинов вдоль направления внешнего поля Но-
НЭф=Нп / + Н0, где / единичный вектор в направлении намагниченности, Нп величина эффективного поля на ядрах в отсутствие внешнего поля Но.
Магнитное поле на ядрах обусловлено спином, радиальным и угловым распределением электронной плотности в атоме, а следовательно, взаимным экранированием и поляризацией электронов.
8л 3(г 5) г-г2 У
Н= рв | 'Ш(О) |2 У -2 рв <1 / г3> - 2 рв < -У

где | ут(0) |2 плотность на ядре ь-элсктрона с проекцией спина +1/2; Б спин; / орбитальный момент электрона; г расстояние от ядра до электрона; г радиус- вектор (координата электрона).
Результирующее магнитное поле на ядре в многоэлектронном атоме будет, определяться степенью заполнения соответствующих оболочек и взаимодействием между атомами в твердых телах. В диамагнитных веществах магнитное поле на ядрах должно быть равно нулю, так как суммарные моменты электронных оболочек полностью скомпенсированы. В парамагнитных, ферромагнитных и ферримагнитных веществах при достаточно низкой температуре возникает упорядочение магнитных моментов атомов и появляются магнитные поля на ядрах.
В качестве примера рассмотрим железо, которое ниже температуры Кюри Тс является типичным ферромагнетиком. Приближенно можно считать, что атомы железа в металле имеют конфигурацию наружных электронных оболочек 3<164з* 4б— электроны в металле находятся в зоне проводимости. В соответствии с правилом Хунда, пять 3с1—электронов имеют параллельные спины, а один 3<1—электрон имеет спин, направленный противоположно. Вследствие этого, нескомпенсированы спиновые магнитные моменты четырех 3с1—электронов. Кроме того, нескомпенсирован орбитальный магнитный момент одного 3с1—электрона. В условиях насыщения при наложении достаточно сильного магнитного поля Но спины 3с1—электронов ориентируются противоположно внешнему полю Но. Таким образом, возникает магнитное поле на ядре железа, обусловленное орбитальным моментом и спинами 36— электронов. Магнитное поле от орбитального момента 36 - электрона составляет несколько десятков килоэрстед и совпадает по направлению с внешним полем Но. Поле электронных спинов 3(1—оболочек, рассматриваемых как магнитные диполи, составляет около 10 КЭ и имеет тот же знак. Однако основной вклад в результирующее магнитное поле на ядрах вносят эффекты поляризации внутренних и внешних я—