Кинетика структурной релаксации и возврата свойств металлического стекла Pd40Cu30Ni10P20

• Автор: Хоник, Светлана Витальевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Структурная релаксация металлических стекол
1.1. Структура и основные аспекты стеклообразного состояния
1.2. Структурная релаксация. Основные особенности и модельные представления
1.2.1. Модель свободного объема
1.2.2. Модели зон сдвиговых превращений
1.2.3. Межузельная модель жидкостей и стекол
1.3. Электросопротивление и влияние на него структурной релаксации
1.4. Упругое и неупругое поведение МС. Внутреннее трение и модуль сдвига
Выводы из литературного обзора и постановка задачи
Глава 2. Методика эксперимента
2.1 Приготовление и аттестация образцов
2.2 Измерения инфранизкочастотного внутреннего трения и модуля сдвига составным крутильным маятником
2.3 Измерения электросопротивления
2.4 Закалка образцов из области переохлажденной жидкости
Глава 3. Особенности обратимой и необратимой структурной релаксации металлического стекла РсБоСизоМщРгп в массивном и ленточном состояниях посредством мониторинга электросопротивления, инфранизкочастотного внутреннего трения и модуля сдвига
3.1 Кинетика структурной релаксации металлического стекла РсоСизоРНшРго в массивном и ленточном состояниях по данным измерений электрического сопротивления
3.1.1 Релаксация электросопротивления в исходных образцах
3.1.2 Релаксация электросопротивления в деформированных образцах
3.2 Кинетика структурной релаксации металлического стекла РсЦоСизоБНюРго в массивном и ленточном состояниях по данным инфранизкочастотного внутреннего трения и модуля сдвига
3.2.1 Инфранизкочастотпое внутреннее трение в массивных и ленточных образцах МС РсЦоСизоМыРго
3.2.2 Релаксация инфранизкочастотного модуля сдвига массивных и ленточных образцов МС Рб4оСи3(№оР20
3.3 Восстановление релаксации сопротивления, инфранизкочастного внутреннего трения и модуля сдвига состаренного МС РсБоСизоЫиоРго в массивной и ленточной форме

3.3.1 Восстановление релаксации электросопротивления МС РсЦоСчзоМюРго
3.3.1.1 Ленточные образцы
3.3.1.2 Массивные образцы
3.3.2 Восстановление релаксации инфранизкочастотного внутреннего трения МС РсБоСизоТЛюРго
3.3.2.1 Ленточные образцы
3.3.2.2 Массивные образцы
3.3.3 Восстановление релаксации инфранизкочастотного модуля сдвига МС РсЦоСизоМцоРго закалкой из состояния переохлажденной жидкости
3.3.3.1 Ленточные МС
3.3.3.2 Массивные МС
3.3.4 Обсуждение результатов по восстановлению релаксации свойств посредством закалки из состояния переохлажденной жидкости
Выводы по Г лаве
Глава 4. Кинетика термического псрезаселения и природа центров
структурной релаксации в металлических стеклах
4.1 Термический возврат асимметричной двухъямной системы при нагреве с постоянной скоростью
4.2 Природа центров структурной релаксации
4.2.1 Расчет кинетики релаксации модуля сдвига в рамках межузельной теории
4.2.2 Сопоставление результатов расчета с экспериментом
Выводы но Главе
Общие выводы но работе
Литература
Введение
Актуальность темы исследования. Интенсивные исследования металлических стекол, получаемых путем быстрого охлаждения расплава, продолжаются уже около тридцати лет. Тем не менее, многие важнейшие вопросы, связанные со структурой и особенностями релаксационных процессов в металлических стеклах, остаются до сих пор фактически нерешенными. Металлические стекла характеризуются избыточной энергией Гиббса в сравнении с равновесным кристаллическим состоянием, в силу чего существует термодинамический стимул для эволюции структуры в сторону большего структурного порядка. Эта самопроизвольная эволюция, являющаяся общим для всех стекол свойством, получила собирательное название структурной релаксации. Структурная релаксация в металлических стеклах является масштабным явлением, которое значительно или даже весьма сильно меняет их физические свойства. Несмот ря на многочисленные исследования этого явления, структурная релаксация остается еще во многом неизученной, а ее механизмы -непонятыми. Хотя в настоящее время существует целый ряд феноменологических моделей, описывающих структурную релаксацию металлических стекол, главный вопрос - вопрос об атомной природе ее источников, так называемых центров релаксации, - остается нерешенным даже на качественном уровне. Наиболее распространенная точка зрения связывает центры релаксации с локальными областями избыточного свободного объема (пониженной плотности), а структурную релаксацию в целом - с уменьшением избыточного свободного объема (уплотнением структуры). Однако, с одной стороны, эта точка зрения не позволила существенно продвинуться вперед в понимании кинетики структурной релаксации и вызванной ей релаксации свойств, а с другой - стали накапливаться экспериментальные данные, которые прямо или косвенно ей противоречат.
Большинство исследователей говорит о необратимом характере структурной релаксации металлических стекол. В частности, она вызывает снижение деформационной способности, что в значительной степени ограничивает возможности их практического применения. В то же время существует ряд экспериментальных фактов, прямо свидетельствующих о возможности частичного или даже полного восстановления некоторых свойств отрелаксированных металлических стекол. Это, в свою очередь, ставит вопрос о необходимости подробных экспериментальных и теоретических исследований возможности и кинетики восстановления свойств.
С учетом изложенного, цели работы состояли в:
а) Комплексном экспериментальном исследовании кинетики структурной релаксации и возврата свойств образцов металлического стекла РдоСизоМыРго в массивной и ленточной форме, значительно отличающихся по скорости закалки, реализуемой при их изго-

средний пробег электрона примерно в 5 - 20 раз по сравнению с газом. С помощью вышеприведенных формул можно получить выражение для электросопротивления [98]:
2кр у

(1.47)
Для расчета сопротивления по формуле (1.47) необходимо знать структурный фактор а(К) и форму псевдопотенциала (/ (К). Поскольку надежные значения псевдопотенциала получены только для расплавов некоторых металлов, то использовать уравнение (1.47) можно только качественно. В действительности, формула (1.47) количественно хорошо описывает электросопротивление щелочных металлов, поскольку они наиболее полно соответствуют приведенной выше теории. Для многих других типов металлов приближенность теории и неполнота эксперимента не позволяют получить адекватное соответствие.
В работе [100] было показано, что выражение (1.47) дает правильную величину и температурный коэффициент сопротивления МС, однако все равно существует ряд трудностей. Так, в большинстве МС уровень Ферми неизвестен и его обычно устанавливают путем подбора. Кроме того, для большинства сплавов трудно установить температурную зависимость структурного фактора [24]. Если сопротивление велико (р > 150 микро-Ом х см), то величина среднего свободного пробега не превышает межатомного расстояния, что может уже не соответствовать границам применения теории возмущений. Помимо вышеперечисленного, сложности сравнения теории с экспериментом могут быть связаны с ошибками определения концентрации сплавов, включениями магнитных примесей и большого количества газа, который попадает в МС при их изготовлении, а также с очаговой нанокристаллизацией и расслоением фаз [99]. Однако, в случае слабо рассеивающих переходных металлов (систем, в которых уровень Ферми отдален от с1- орбитали, что не допускает резонансного рассеивания) теория Займана является хорошей аппроксимацией [101]. В [102] было также показано, что неплохого качественного соответствия можно добиться при применении теории Займана к сильно рассеивающим системам с большим удельным со-

время, с
Рис. 1.23 Относительное изменение электросопротивления ленточного МС как функция времени в процессе отжига при Т = 513 К. Сплошные линии - расчет электросопротивления в рамках моделей свободного объема и Займана [24].