Квазикристаллические фазы в системах Al-Mn-Si,Al-Cu-Fe,Al-Cu-Co : условия существования, структура, свойства

• Автор: Казённов, Никита Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор
1.1. Строение двойных диаграмм состояния
1.1.1. Система А1-Мп
1.1.2. Система АІ-ві
1.1.3. Система Мп-Бі
1.1.4. Система А1-Си
1.1.5. Система ЛІЛе
1.1.6. СистемаАІ-Со
1.1.7. СистемаСи-Ре
1.1.8. Система Си-Со
1.2. Строение тройных диаграмм состояния
1.2.1. Система АІ-Мп-Бі
1.2.2. Система А1-Си-Ре
1.2.3. Система А1-Си-Со
1.3. Квазикристаллические и аппроксимантные фазы в системах АІ-Мп-Бі, А1-Си-Ре и
А1-Си-Со: структура и стабильность
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Методика приготовления образцов
2.2. Методы исследования
2.2.1. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)
2.2.2. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
2.2.3. Электронно-зондовый микроанализ (ЭЗМА)
2.2.4. Рентгенофазовый анализ (РФА)
2.2.5. Рентгеноструктурный анализ монокристалла (РСА)
2.2.6. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
2.2.7. Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ)
2.2.8. Программная реализация расчета диаграмм состояния
Глава 3. Результаты и их обсуждение
3.1. Диаграмма состояния системы АІ-Мп-Бі при 823 К
3.2. Диаграмма состояния системы АІ-Си-Ре при 853 К
3.3. Диаграмма состояния системы А1-Си-Со при 883 К

3.4. Термодинамический расчет и моделирование фазовых равновесий в системе
Al-Cu-Со
3.5. Измерение физических свойств методом сканирующей зондовой микроскопии
3.5.1. Система Al-Cu-Fe
3.5.2. Система Al-Cu-Со
Глава 4. Заключение
Выводы
Список литературы

Введение Актуальность темы
Квазикристаллы были открыты в 1984 г. нобелевским лауреатом Д. Шехтманом в экспериментах по дифракции электронов на быстроохлаждённом сплаве алюминия и марганца. Квазикристаллы - это одна из форм организации структуры твёрдых тел, наряду с кристаллами и аморфными веществами, характеризующаяся апериодическим дальним порядком ориентационного типа в сочетании с поворотной симметрией пятого, восьмого, десятого или двенадцатого порядков.
Уникальная структура квазикристаллов определяет их необычные физикохимические свойства. Квазикристаллы обладают низкой электро- и теплопроводностью, а также необычными оптическими свойствами. Для них характерны исключительно низкие коэффициенты трения и поверхностного натяжения, а также высокие твёрдость, износостойкость и коррозионная стойкость. Наибольшее практическое значение имеет применение квазикристаллов в виде пленок, покрытий и составляющих композиционных материалов.
Несмотря на значительные успехи в области исследования структуры, физических свойств и способов получения квазикристаллов, по-прежнему нет однозначного ответа на вопрос: какому, стабильному или метастабильному, состоянию соответствуют квазикристаллические фазы. В большинстве случаев квазикристаллические фазы получают методом спиннингования, т.е. сверхбыстрой закалкой расплавов. Фазы, полученные таким способом, считаются метастабильными, и последующий отжиг переводит их в равновесное кристаллическое состояние. Причем в ряде случаев спиннингование приводит к образованию аморфного сплава, дальнейшая термообработка которого переводит его сначала в квазикристаллическое, а затем в кристаллическое состояние. Подобное поведение характерно для сплавов системы А1-Мп-81 в области составов А155Мп208125 [1]. Вместе с тем существует достаточно большое число систем, в которых квазикристаллические фазы образуются из расплава при обычных скоростях охлаждения и сохраняются после продолжительной термообработки, т.е. относятся к равновесным. Например, в системе А1-Си-Ре обнаружена икосаэдрическая (к:о) квазикристаллическая фаза состава A165Cu22.5Fel2.5j

Рис. 30. Сравнение расчетных дифракционных картин, полученных в рамках моделей случайного (непрерывная линия) и идеального заполнения (вертикальные отрезками) [148].
Наиболее универсальным способом построения квазикристаллических структур, является проекционный метод [149, 150]. Данный метод применялся для исследования апериодических функций в математике задолго до открытия квазикристаллов. Основная идея данного метода состоит в том, что любая апериодическая в реальном пространстве функция, такая как атомная плотность в квазипериодической структуре, может быть представлена как периодическая в пространстве большей мерности. То есть, в случае икосаэдрического квазикристапла дифракционная картина может быть представлена в терминах проекции периодической в шестимерном пространстве функции распределения атомной плотности на трехмерное физическое подпространство, ориентированное иррациональным образом.
Подобный принцип построения проекции, аналогичный шестимерному, сохраняется и в случае систем меньшей мерности. На рис. 31 представлена методика построения идеального одномерного квазикристалла (последовательности Фибоначчи) проекцией двухмерной кубической решетки с параметром а.
В данном случае все узлы решетки, попадающие в область проецирования шириной А, расположенную иод иррациональным постоянным углом наклона а = arctg г1 к исходной кубической решетке, проецируются на ось Rpar (параллельное подпространство), тем самым определяя положение узлов решетки идеального одномерного квазикристалла. Расстояния между узлами такой решетки принимают значения L = a cos а или S = a sin а, и их последовательность представляет собой последовательность Фибоначчи.