Исследование особенностей самодиффузии в двумерных металлах

• Автор: Пацева, Юлия Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 136 с. : ил.

I. МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ САМОДИФФУЗИИ В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ

1.1. Теоретические представления о механизмах самодиффузии в металлах

и сплавах

1.2. Экспериментальные методы исследования диффузии

1.3. Методы компьютерного моделирования в физике конденсированного состояния

1.4. Постановка задачи

II. КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ САМОДИФФУЗИИ

2.1. Описание модели

2.2. Выбор типа потенциала межатомного взаимодействия

2.3. Построение и апробация потенциалов межатомного взаимодействия

2.4. Визуализация и расчет основных параметров диффузии

III. САМОДИФФУЗИЯ В ДВУМЕРНЫХ МЕТАЛЛАХ
3.1. Динамические коллективные атомные смещения
3.2. Вакансионный механизм самодиффузии
3.3. “Безвакансионные” механизмы самодиффузии
3.3.1. Энергия активации “безвакансионных” механизмов самодиффузии
3.3.2. Ведущий “безвакансионный” механизм самодиффузии в двумерных металлах
3.4. Вклад каждого механизма в общий процесс самодиффузии
3.5. Самодиффузия в условиях деформации растяжения-сжатия
IV. ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА НА САМОДИФФУЗИЮ

4.1. Построение потенциалов для исследования влияния свойств металла
на самодиффузию
4.2. Влияние свойств металла на температуру плавления и температурный коэффициент линейного расширения
4.3. Влияние свойств металла на энергию образования и миграции точечных дефектов
4.4. Влияние свойств металла на вклад каждого механизма в общий

процесс диффузии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Диффузия играет важную роль во многих процессах, протекающих в металлах и сплавах. В металлических системах механизмы диффузии столь многообразны, сколь разнообразны дефекты структуры и варианты миграции атомов с их участием. По этой причине, как правило, отдельно рассматриваются самодиффузия в кристаллах с участием точечных дефектов, диффузия по границам зерен, диффузия по границам фаз и взаимная диффузия, поверхностная диффузия, диффузия в условиях пластической деформации и т.д. Наиболее изученной считается самодиффузия в кристаллах. Однако и в этом случае в настоящее время еще остаются нерешенные вопросы. Известно, что диффузия в кристаллах осуществляется в основном по вакансионному механизму. С другой стороны для многих кристаллов металлов обнаружено отклонение от закона Аррениуса — энергия активации диффузии и предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса отличаются для области средних и высоких температур. Это в первую очередь говорит о существенном вкладе в самодиффузию второстепенных механизмов. Однако на данный момент нет достаточно обоснованной теории относительно этих механизмов, тем более нет информации о величине вклада таких механизмов в процесс общей диффузии. Следует заметить, что остаются также вопросы, касающиеся вакансионного механизма. Например, не вполне ясны механизмы, провоцирующие миграцию вакансии. На этот счет существуют различные взгляды: классический - с позиции статистики распределения кинетической энергии по атомам с учетом или без формы потенциальных ям вблизи вакансии, теория локального плавления вблизи дефектов, а также относительно молодой взгляд с позиции кооперативности движений атомов.
Решение подобных вопросов с помощью реальных экспериментов в настоящее время невозможно, поскольку для этого необходимы исследования
незначительной термоактивации (50 К) происходила перестройка структуры с выделением энергии - температура повышалась на несколько сот градусов. Энергия связи атомов в окончательной структуре (после релаксации и охлаждения) оказывалась меньше, чем минимально возможная для ГЦК структуры. Таким образом, ГЦК структура оказывается нестабильной при описании межатомных взаимодействий потенциалами Финниса-Синклера. Чтобы разобраться в какую структуру перестраивается металл, были получены диаграммы радиального распределения атомов для N1 и Си (в случае А1 выделение тепла большое и металл плавится) (рис. 2.2).
Как видно из рис.2.2, для конечных структур пики, соответствующие ГЦК, остались, однако смещены в область меньших расстояний, что говорит о сжатом состоянии. В то же время пик, соответствующий первой координационной сфере, “расщеплен” на несколько пиков. Расщепление первого пика связано с тем, что некоторые атомы имеют больше соседей в ближайшем окружении, чем в ГЦК. Для структурно трансформировавшегося N1 было посчитано число ближних соседей (на расстоянии менее 3 А°): 12 атомов - 81%, 13 - 12%, 14 - 7%. Увеличенное число ближних соседей характерно для квазикристаллов и стеклометаллов [84-85, 93, 96, 98]. Таким образом, в приведенном примере структурной трансформации N1 81% структуры остался по-прежнему ГЦК, однако 19% трансформировалось в квазикристаллическое [84, 93] с большим, по сравнению с ГЦК, числом ближайших соседей.