Релаксация высокочастотного модуля сдвига в объемных металлических стеклах на основе Pd-Cu-P

• Автор: Митрофанов, Юрий Петрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 97 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава I. Структура и структурная релаксация металлических стекол. Влияние структурной релаксации на упругие свойства (литературный обзор)
1.1. Стеклообразование
1.2. Модели структурной релаксации
1.2.1. Модель свободного объема
1.2.2. Модель спектра энергий активации
1.2.3. Модель направленной структурной релаксации
1.2.4. Модель упругого расталкивания
1.2.5. Межузелъная модель конденсированного состояния вещества
1.3. Упругость. Влияние структурной релаксации па упругие свойства
Выводы из литературного обзора
Глава II. Методика эксперимента
2.1. Получение образцов объемного металлического стекла и идентификация их структурного состояния
2.2. Измерение резонансной частоты сдвиговых колебаний с помощью методики бесконтактного электромагнитно-акустического преобразования
2.3. Методика закалки состаренных образцов из состояния переохлажденной жидкости
Глава III. Кинетика релаксации высокочастотного модуля сдвига при структурной релаксации объемного металлического стекла РсЦоСи.здМцоРго
3.1. Кинетика релаксации модуля сдвига в условиях линейного нагрева
3.2. Связь модуля сдвига и энергии активации атомных структурных перестроек ниже и выше температуры стеклования
3.3. Изотермическая кинетика релаксации модуля сдвига ниже температуры стеклования
3.4. Кинетика релаксации модуля сдвига вблизи и несколько выше температуры стеклования
Выводы по главе III
Глава IV. Возврат релаксации высокочастотного модуля сдвига объемного металлического стекла РсЦоСизоКПюРго
4.1. Возврат изотермической релаксации модуля сдвига
4.2. Влияние условий закалки на возврат модуля сдвига
Выводы по главе IV

Глава V. Связь высокотемпературной релаксации модуля сдвига с низкотемпературным бозонным ПИКОМ избыточной теплоемкости В металлическом стекле Pd41.25Cll41.25P 17.5.
Выводы по главе V
Общие выводы по работе
Список литературы

Введение
Актуальность темы. В настоящее время в физике некристаллических веществ получает развитие подход, который рассматривает нерелаксированный («мгновенный») модуль сдвига как ключевую физическую величину, контролирующую основные термодинамические и кинетические свойства переохлажденных жидкостей и стекол. Так, теоретически обосновано и экспериментально подтверждено на примере переохлажденных органических жидкостей, что энергия активации атомных перестроек прямо пропорциональна нерелаксированному модулю сдвига. Другими словами, элементарные акты структурных перестроек некристаллических веществ контролируются упругим сопротивлением материала и при этом могут быть не связаны с локальными вариациями плотности, как часто считается в литературе. Межузельная теория конденсированного состояния вещества рассматривает микроскопические источники («центры») структурных перестроек в виде малоатомных структурных конфигураций, которые по своим свойствам сходны с межузель-ными гантелями в простых кристаллических металлах. Межузельные гантели имеют ряд специфических свойств, которые позволяют описать термодинамические и кинетические свойства равновесных и переохлажденных жидкостей, а также стекол на общей основе. Структурная релаксация стекла в рамках этого подхода интерпретируется как результат уменьшения концентрации межузельных гантелей, которые были заморожены в структуре при образовании твердого некристаллического состояния. Основной физической величиной межузельной теории является нерелаксированный (высокочастотный) модуль сдвига, величина которого определяется концентрацией этих дефектов. Кроме этого, концентрация дефектов типа межузельных гантелей определяет такие физические величины как сдвиговая вязкость, теплоемкость и др. Измерения модуля сдвига позволяют рассчитать концентрацию дефектов и, следовательно, прогнозировать кинетику релаксации основных физических свойств стекла.
Известно, что структурная релаксация приводит к необратимому росту модуля сдвига. Существует ряд экспериментальных свидетельств, согласно которым физические свойства (или релаксацию этих свойств) металлических стекол можно восстановить путем быстрой закалки состаренных образцов из состояния переохлажденной жидкости. Ответ на вопрос о способности к возврату величины и релаксации высокочастотного модуля сдвига металлических стекол представляет очевидный значительный интерес, как с научной, так и с прикладной точки зрения.
Цели и задачи исследований. С учетом вышеизложенного, в данной работе были поставлены следующие цели-.

Глава II Методика эксперимента
2.1. Получение образцов объемного металлического стекла и идентификация их структурного состояния
Для исследований использовались два сплава, Pd4oCu3oNiioP20 и Pd4i 25CU41.25P17.
(ат. %). Выбор первого сплава был обусловлен тем, что он является одним из лучших ме-
таллических стеклообразователей, стоек к окислению и поэтому обычно применяется в качестве модельного материала. Выбор второго -тем, что он является стеклообразо-вателем, не содержащим ферромагнитных компонентов, затрудняющих интепретанию данных по низкотемпературной теплоемкости. Сплавы приготавливались прямым сплавлением элементов (чистотой не хуже 99.95 %) в толстостенной кварцевой ампуле при контролируемом давлении фосфора. Объемное стекло приготовлялось путем реактивной закалки расплава в медную изложницу. Экспериментально определенная скорость закалки вблизи температуры стеклования при этом составила = 200 К/с. Получаемые отливки размером (0.7-Н2)х(4-ъ5)х(6(Н65) мм разрезались алмазным диском на образцы размером (0.7ч-2)х(4ч-5)х(5-*-7) мм3. Для сплава Pd4oCu3oNiioP20 температура стеклования Т , определенная с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии по началу эндотермического эффекта, составила около 559 К при скорости нагрева 5 К/мин, начало кристаллизации соответствовало температуре Тс = 628 К. Определение температур Т и Тс для стекла Pd.» 2sCu4i.25Pi7 5 осуществлялось с помощью дифференциального термического анализа, они составили 545 и 586 К, соответственно. На рис.
2.1 в качестве примера приведена термограмма стекла Pd4oCu3oNijoP2o-
Структурное состояние исходных и термообработанных образцов контролировалось с помощью рентгеновского дифрактометра Thermo Scientific ARL X'TRA. В качестве
температура, К
Рис. 2.1. Термограмма объемного металлического стекла Ра4оСизо№,оР20 полученная методом дифференциальной сканирующей калориметрии.