Исследование кинетики начальных стадий фазового распада в неорганических стеклах методом рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами

• Автор: Василевская, Татьяна Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 Метастабильный фазовый распад и методы его исследования
1.1 Теория спинодального распада Кана-Кука-Лангера (ККЛ)
и начальный период экспериментальных исследований
1.1.1 Временная зависимость корреляционной функции
1.1.2 Кинетический фактор -Р(з)
1.2 Противоречия теории ККЛ с экспериментальными данными, полученными для стекол
1.3 Теория спинодального распада Стефенсона
1.4 Эволюция неоднородной структуры при фазовом распаде
1.5 Кинетика зародышеобразования при фазовых переходах первого рода (бинодальный распад)
2 Основы методики эксперимента
2.1 Рассеяние рентгеновских лучей под малыми углами
2.1.1 Основные определения теории РМУ
2.1.2 Двухфазные объекты
2.1.3 Монодисперсные и полидисперсные системы
2.1.4 Некоторые детали обработки экспериментальных результатов
2.2 Выбор объектов исследования
2.2.1 К вопросу о существовании области фазового распада в стеклах В203 — 5г02 и В203 — 0е02

3 Исследование кинетики фазового распада в АТа20
стеклах методом РМУ
3.1 Методика эксперимента
3.1.1 Получение однофазных образцов
3.1.2 Объекты и режимы исследования
3.1.3 Методика РМУ эксперимента
3.2 Изучение временного характера изменения размеров, образующихся фаз
3.2.1 Спинодальный распад
3.2.2 Бинодальный распад
3.2.3 Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.3 Экспериментальные данные, полученные на основе теории Стефенсона и сопоставление их с многостадийностью распада
3.3.1 Основные положения теории Стефенсона для аморфных систем
3.3.2 Условия применимости теории Стефенсона для высоковязких стеклообразующих расплавов
3.3.3 Начальный этап применения теории Стефенсона для аморфных систем
3.3.4 Исследование спинодального распада в 13.оЛго20 86.55*02 стеклах в связи с теорией Стефенсона
3.3.5 Проверка условий применения теории Стефенсона
3.3.6 Некоторые замечания к теории Стефенсона
3.4 Результаты и их обсуждение
3.5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
3.6 ВЫВОДЫ
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы Проблема фазовых переходов (ФП) в конденсированных средах до настоящего времени продолжает оставаться одной из актуальных проблем физики твердого тела. В частности, это относится и к описанию распада на фазы исходно гомогенных многокомпонентных сплавов и стекол.
Возможность изучать закономерности фазового распада, его механизма и кинетики начиная с самых ранних стадий появилась благодаря развитию теории и техники метода рентгеновского малоуглового рассеяния (РМУ) и других дифракционных методов. Изучение сплавов -одна из важнейших областей приложения метода РМУ. Именно исследованию строения сплавов (А1-Си и Al-Ag) была посвящена первая работа по РМУ, выполненная Гинье в 1938 г. [1]. Исследования сплавов имеют большое практическое значение прежде всего потому, что возникающие в сплавах выделения фаз субмикронных размеров существенным образом влияют на их физические свойства (прочность, электрическое сопротивление, магнитную восприимчивость и др.) [2, 3]. Позднее, исследователи наблюдали сателлиты основных брэгговских рефлексов в сплаве Си-Ре-Мь Существование таких сателлитов можно объяснить, если предположить, что параметр решетки (и концентрация Си) периодически изменяется в направлениях кристаллографических осей. Период такой модулированной структуры имеет порядок ЮОА. То есть, для детального изучения такой модулированной структуры удобнее применять метод РМУ.
Оказалось, что наряду с давно известным типом распада по механизму зарождения и последующего роста (бинодальный распад-БР) реализуется и другой, привлекающий в последние годы повышенный интерес, спинодальный распад (СР), при температурах ниже так называемой спинодальной температуры Т3. Кинетика распада во времени и морфология образующихся фаз по этим механизмам будет различной.
I). Образование новых фаз метастабильного твердого раствора при Т > Т3 (БР) происходит путем флуктуационного зарождения частиц критического размера в матрице и последующего их роста. Этот процесс связан с преодолением энергетического барьера.
II). Для Т <Т3 раствор нестабилен, СР начинается сразу после перевода системы в нестабильное состояние. В данном случае не требуется преодолевать энергетический барьер.
Поэтому существенное различие указанных двух типов фазового распада проявляется в основном на ранних стадиях процесса.

Понятие о самой начальной стадии названной ” флуктуационной”, впервые было введено В.Н.Филиповичем [17]. Ее отличительная особенность заключается в преимущественном увеличении амплитуды неоднородностей без существенного изменения их размеров. Естественно, что в этих условиях показатель /?, должен иметь экстремально малую величину.
Спинодалъный механизм. Согласно одному из выводов теории [21, 22] дальнейший рост размеров областей неоднородности при образовании новых фаз по спинодальному механизму должен происходить по закону
Ь яз афф*.
Далее из теории следует, что после окончания стадии, для которой /3 — 1/4, непосредственно начинается стадия переконденсации - перенос вещества через матрицу из растворяющихся мелких частиц в более крупные растущие образования новой фазы. Для таких условий, согласно теории [44], средний размер Д изменяется как а33.
Однако, в работе [45], используя то обстоятельство, что данные метода РМУ содержат в себе наглядные сведения о геометрии неоднородной структуры изучаемых тел, было установлено, что при спинодальном распаде существует период, когда размеры областей неоднородности растут приблизительно пропорционально корню квадратному из времени. Этот результат продемонстрировал, что на определенном этапе спино-дальный распад может приобретать черты, свойственные классическому механизму, для которого показатель равен именно 1/2 [46].
Метод РМУ позволяет описывать структуру неоднородных тел в терминах трех характерных параметров: радиуса Гинье Яс- корреляционной длины Ьс и радиуса Порода Яр [42, 43], каждый из которых можно рассматривать как эффективный размер частиц новой фазы (Яс; ф Ьсф Кр).
В работе [45] были определены все три указанных размера. Объектом исследования являлось двухкомпонентное натриевосиликатное стекло, содержащее 13.5 мол.% окиси натрия, претерпевающее спинодаль-ный распад при 520°С'. Измерение интенсивности проводилось после соответствующей изотермической выдержки для закаленных образцов при комнатной температуре.
На Рис.За. представлена зависимость 1дЯ{ от 1(ф. Видно, что для всех трех значений индекса она линейна. Определение величины Д методом наименьших квадратов дало следующие результаты: /3(? = 1/2, 0с — 1/(2-3), /Зр = 1/(1.9).
Обработка экспериментальных результатов, приведенных в [47] для