Введение к работе
.В работе изучается влияние упругих деформаций на диффузионные потоки и контролируемые взаимной диффузией фазовые превращения при условии неравновесного распределения вакансий.
Актуальность "проблемы. Свойства широко используемых промышленностью сплавов часто определяется диффузионными процессами. Это связано и со способом их получения, когда требуемые свойства формируются термомеханическими обработками, и с условиями эксплуатации готовых изделий, которые могут подвергаться воздействию высоких температур, облучению и механическим нагрузкам. Многочисленные экспериментальные исследования показали, что на контролируемые диффузией процессы существенное влияние оказывают упругие напряжения, однако достаточно полных теорий, способных объяснить наблюдаемые закономерности не существует. Основные недостатки имеющихся теории состоят в следующем. Считается, например, что распад пересыщенных твердых растворов контролируется диффузией атомов примеси [1]. Однако, в реальных сплавах концентрация атомов диффундирующих элементов, как правило, не мала, поэтому эволюция сплава должна описываться взаимной диффузией. Следовательно, при сценке влияния упругих напряжений на указанные фазовые превращения следует исходить из анализа особенностей взаимной диффузии, протекающей в упруго деформированном твердом теле. С другой стороны, существующие в настоящее время методы С2] не могут корректно списывать влияние упругих деформаций на вакансионную подсистему, поскольку используют слишком грубое приближение для вакансии, рассматривая ее как центр дилата-ции. Следовательно, указанные методы не могут адекватно списывать влияние упругих деформаций на взаимную диффузию.
Цель работы заключается в исследовании влияния упругих деформаций на диффузионные потоки и определяемый ими рост частиц новой фазы при распада пересыщенного твердого раствора на стадии коалес-ценшш. Поставленная цель достигается в результате решения следующих задач:
-
Разработать метод учета влияния упругих деформаций на диффузионные потоки. Проверить его адекватность на примере диффузии вакансий в моноатомных кристаллах.
-
Использовать разработанный метод для обобщения микроскопической теории применительно к взаимной диффузии в упруго деформированном
бинарном сплаЕе с учетом неравновесного распределения вакансий. 3. В рамках обобщенной микроскопической теории взаимной диффузии описать рост новой фазы при распаде упруго, деформированного пересыщенного твердого раствора на стадии коалесценшш.
Научная новизна. В предлагаемой работе впервые изучается влия- . нг.е произвольных упругих деформаций на диффузионные потоки с учетом структуры кристаллической решетки. Впервые проанализировано влияние упругих деформаций на взаимную диффузию, характеризующуюся неравновесным распределением вакансий и получен тензорный коэффициент зза-имксй диффузии, зависящий от компонент тензора деформации. Впервые проанализирована роль взаимной диффузий, протекающей в упруго деформированных сплавах, в процессе роста новой фазы при распаде пересыщенного твердого раствора.
Основные положения, выносимые на зашиту: 1. Метод учета влияния упругих деформаций на диффузионные потоки в твердом теле с кубической структурой. Аналитические формулы расчета активаиионного объема миграции вакансии и активационного объема самодиффузии. Зависимость указанных величин от температуры. Z. Анализ влияния упругих деформаций на взаимную диффузию при условии неравновесного распределения вакансий и зависимость тензорного коэффициента диффузии от компонент тензора деформаций. 3. Учет неравновесного распределения вакансий в процессе взаимной диффузии, контролирующей распад пересыщенного твердого раствора, на стадии коалесценции приводит к появлению второго критического значения радиуса в уравнении скорости роста частиц. Полученное уравнение качественно отличается от уравнения теории Лифшица-Слезова тем. что оно описывает растворение частиц с радиусом больше второго критического значения за счет изменения концентрации вакансий. Указанная перестройка вакансионной подсистемы приводит также к смещению положения максимума скорости роста в сторону меньших частиц относительно значений, предсказанных теорией Лифшица-Слезова. Уточняются результаты указанной теории. При больших временах размеры частиц остаются конечными, а не становятся сколь угодно большими, как в' теории Лифшица-Слезова. Обусловленные выделением частиц новой фазы деформации анизотропных сред во-первых, приводят к смещению максимума скорости роста частиц относительно значений, предсказанных теорией Лифшица-Слезова и, во-вторых, в некоторых случаях, вызывают появление второго критического значения радиуса, обусловленного не-
однородность» деформаций. Появление второго критического значения радиуса в значительной мере зависит от концентрации атомов химических компонентов..
Практическая Ценность. Полученные в работе формулы для вычисления активационных объемов миграции и образования вакансии могут быть использованы для вычислений указанных величин по изведтным парным потенциалам для различных температур. Установленные закономерности роста частиц выдеяящейся фазы составляют теоретическую основу для управления структурой сплава в процессе термомоханическпх обработок : и, следовательно, получения материалов с заданными свойствами. Апробация. Основные результаты докладывались и обсуждались на международной конференции по физике и технике высоких давлений (Троицк. Москов. обл.., 1989). на всесоюзной школе по диффузии и дефектам С Пермь-Куйбышев-Пермь, 1989), на совещании "Влияние рипаних воздействий на массоперенос в'металлах." (Киев, 1990), на международной конференции "Диффузия и дефекты в твердых телах DD-91" СМосква-Пермь, 1991), на 2-ой всесоюзной конференции "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц" (Свердловск, 1991), на семинаре но механизму структурных превращений в металлах и сплавах (Черкассы, 1993).
По теме диссертации опубликовано 7 работ. Диссертация состоит из введения, трех'глав, заключения, четырех приложений и списка литературы. Общий объем составляет 177 страниц, включая 12 рисунков. 6 таблиц и список литературы из 84 наименований.
Актуальность темы диссертации. Исследование динамики подвижных возбуждений в кристаллах является одним из важнейших направлений в современной физике твердого тела. Прогресс, достигнутый в последние годы в данной области, во многом связан с изучением экситонной люминесценции квазиодномерных антиферромагнитных (АФМ) кристаллов. Эти вещества оказались удобными модельными объектами, обладающими высокой степенью одномерности миграции экситонов и прыжковым характером их движения. Данные обстоятельства весьма важны для обработки экспериментальных результатов, поскольку существует достаточно полное математическое описание процесса блуждания некогерентных экситонов по одномерной цепи. Немаловажно и то, что экси-тонное свечение квазиодномерных АФМ наблюдается в широком температурном диапазоне.
Влияние миграционных свойств экситонов на люминесценцию кристаллов особенно ярко проявляется при захвате подвижных возбуждений ловушками. Для одномерных систем в этом случае имеет место отклонение кривых затухания экситонной люминесценции от моноэкспоненциального вида, который характерен для кристаллов с изотропной миграцией энергии. Анализ формы кривых затухания экситонного свечения квазиодномерных кристаллов позволяет определить такие микроскопические параметры экситонного транспорта, как прыжковая скорость экситонов W и скорость их захвата ловушками U.
В большинстве предшествующих исследований экспериментальные кривые кинетики экситонной люминесценции аппроксимировались теоретическими зависимостями, полученными в предположении об эффективном захвате экситонов ловушками (W s [)). Однако в работах 11,2] было показано, что в АФМ кристалле (СН ) NMnCl (ТММС) захват
2+ 2+
подвижных возбуждений ловушками, порождаемыми ионами Си и Со , неэффективен (I) / W ~ 10~4). Поэтому привлечение теоретических моделей, развитых для произвольной эффективности захвата и используемых в настоящей работе для описания эксперимента, представляет несомненный интерес.
Весьма актуальным является также выбор в качестве объектов исследования АФМ кристаллов CsMnCl3'2H20 (CMC), динамика экситонного транспорта в которых ранее не изучалась. Эти кристаллы обладают высокой степенью одномерности магнитной структуры и свечением в видимой области спектра.
