РЕФЕРАТ
на тему:
Дiя атомiв у навколишньому середовищi
вступ…………………………………………………………………………...............2
1. Огляд літератури…………………………………………………………………..3
1.1 Загальні уявлення про ближній порядок………………………………………...3
1.2 Вплив упорядкування атомів на електроопір сплавів…………………………..8
1.3 Вплив опромінення швидкими частинками на впорядкування сплавів……….9
1.4 Діаграма стану Ag-Zn……………………………………………………………11
2. Методика експерименту…………………………………………………………..14
2.1 Метод електроопору……………………………………………………………..14
2.2 Термообробка зразків……………………………………………………………17
2.3 Опромінення зразків……………………………………………………………..17
3.Хід експерименту…………………………………………………………………..19
3.1 Приготування зразків……………………………………………………………19
3.2 Результати досліджень сплаву AgZn методом електроопору………………...19
3.3 Обговорення результатів………………………………………………………...26
4. Висновки…………………………………………………………………………...28
5. Перелік посилань………………………………………………………………….29
Вступ.
Численні експериментальні дослідження довели, що порядок в розміщенні атомів у сплавах істотно впливає на їх властивості. При впорядкуванні спостерігаються вагомі зміни магнітних, електричних та інших властивостей сплавів. Тому як експериментальне, так і теоретичне вивчення впорядкування атомів та його впливу на властивості сплавів має великий практичний інтерес для отримання матеріалів з потрібними властивостями. Існування ближнього порядку обумовлено фундаментальними особливостями атомної, електронної та спінової структур, і тому дані про ближній порядок можуть бути використані для вивчення характеру і природи міжатомних взаємодій в кристалах, та пов’язаних з ними особливостей сплавів. Ці дані можуть бути отримані на основі комплексних досліджень, а саме досліджень кінетики встановлення ближнього порядку, поведінки сплавів після деформації, відпалу, гартування, опромінення та інших видів обробок. Використовуючи цю інформацію, а також варіюючи склад, концентрацію, температуру та інші фактори, можна дістати певні уявлення про тип ближнього порядку, про пріоритети та тенденції в розміщенні атомів для певного виду сплавів.
Сплави на основі благородних металів вже не один раз використовувались для перевірки різних моделей, теорій твердих розчинів та атомного впорядкування. Цікавість до сплаву Ag-Zn обумовлена кількома причинами. Незважаючи на те, що ця система відома досить давно [1] та багато параметрів для неї є визначеними, все ж цього недостатньо, оскільки, наприклад, параметри ближнього порядку визначались лише для одиничних концентрацій. До того ж відомостей про особливості a-, x- фаз недостатньо для уявлення чіткої картини процесів близького впорядкування в межах досліджуваних концентрацій. Не менш цікавим є і практичне застосування сплаву. Найбільш широко сплави з срібла застосовують у виробництві припоїв. Срібні припої в більшості містять в якості легуючих домішок Cu, Zn, Cd, і застосовуються в реактивній техніці та літакобудівництві (необхідне поєднання корозійної стійкості, міцності при високих температурах та вібростійкості). Срібно-цинкові елементи в 5-6 разів легше звичайних, які використовуються в акумуляторах реактивних літаків, керованих снарядах, торпедах [2]. Крім цього відомо, що сірчані сполуки провокують корозію срібла. Потускніння та втрата відбиваючої здатності в повітрі пов’язані з наявністю сірчаних сполук (поряд з вологою та киснем) та утворенням плівки Ag2S. Підвищення стійкості до потускніння досягається введенням Zn, Pb, Cd [2]. Також був відкритий ефект пам’яті форми для сплаву Ag - 38 ат. % Zn [3]. Отже, сплав представляє не тільки теоретичний інтерес з точки зору внутрішньої будови, але й має широке застосування.
В роботі для аналізу структурних змін використовується метод електроопору. Поряд з іншими методами (рентгенівські, мікроскопічні) - це один з найчутливіших. В той же час він порівняно простий, не потребує складних методик. Однак чіткий однозначний зв’язок між зміною електроопору та внутрішніми перетвореннями структури сплаву ще й досі не встановлений, і для кожного сплаву він різний. До того ж він суттєво залежить від умов вимірювання (наприклад, температури, тиску), складу та попередньої обробки сплаву. Як відомо, діаграма сплаву є дещо наближеним відображенням границь існування твердих розчинів. При нерівноважних процесах (швидке охолодження) це особливо помітно. Трапляється, що в сплаві немає різких границь між фазами, а фаза, що утворилася поблизу цієї границі, поступово приймає характеристики сусідньої фази. Дослідження сплавів по вивченню ближнього порядку може збагатити уявлення про специфіку міжфазних переходів та якомога точніше визначити області існування твердих розчинів. Опромінення ж є важливою складовою аналізу сплавів на стійкість утворених фаз, швидкість їх утворення, розпаду та інш. Використовуючи вплив опромінення на зміну ступеня ближнього порядку, можна отримати більш детальну картину процесів для даного сплаву, що по суті і є метою роботи.
1. Огляд літератури.
1.1 Уявлення про ближній порядок.
Теорія ближнього порядку, як і теорія явища упорядкування в цілому, на даний момент розглядається в чотирьох напрямках. По-перше, це розгляд ближнього порядку з структурної точки зору, що виявляє структурні характеристики локального розподілу атомів, побудову твердих розчинів (в масштабі міжатомних відстаней) при наявності в них неоднорідностей, порівняних з розмірами атому. Другий напрямок - це встановлення зв’язків між параметрами (характеристиками) ближнього порядку та енергією впорядкування, що вводять як параметр теорії [4] - цей напрямок складає статистична теорія ближнього порядку. Третій напрямок - теоретичний аналіз факторів, що приводять до появи ближнього порядку, тобто аналіз природи явища ближнього порядку. Четвертий напрям - це кінетика ближнього порядку [4].
Розрізняють два основних класи впорядкованого розміщення атомів в решітці твердих розчинів - дальній і ближній порядок [5-6]. Якщо кожна з підрешіток в кристалічній гратці твердого розчину заповнюється переважно атомами певного сорту, то виникаючий розподіл атомів називають дальнім порядком. Але, як показують численні експерименти та ряд теоретичних міркувань, ступінь ближнього порядку не повністю визначає характер взаємного розташування атомів різного сорту по вузлам кристалічної гратки. Енергія взаємодії між атомами різного сорту різна, і тому кожен атом намагається оточити себе атомами або іншого сорту, або подібними. Різниця в енергії між атомами різного та одного сорту може стати причиною переважної локальної концентрації атомів того чи іншого сорту, навіть якщо в твердому розчині загалом не існує дальнього порядку. Такий розподіл називають ближнім порядком. Але частіше в реальних твердих розчинах не спостерігається чисто ближній або дальній порядок, тому ведуть мову про кореляцію у взаємному розміщенні атомів. Лише в найпростіших випадках ближній порядок розповсюджується на 1-2 координаційні сфери, частіше ця кореляція відчувається і на більш далеких відстанях. Для кількісної оцінки ступеню ближнього порядку вводять деякі параметри, наприклад параметр Каулі αі = 1 - Ni/N CiCАCВ = 1 - Pi/Cb , де Ni - число пар атомів А і В (де А і В - атоми двох сортів), що знаходяться на відстані ri ; N CiCАCВ - числа пар атомів А і В, які б знаходилися на відстані ri при хаотичному розміщенні їх по вузлам решітки (N - загальна кількість атомів, СА,СВ - концентрації атомів сорту А, В; Сі - число вузлів на і-й координаційній сфері, Рі - імовірність знаходження атому В на відстані ri від атому А, що знаходяться в початку координат (усереднене по всім атомам і-ї координаційної сфери значення імовірності знаходження атому В біля атому А). З цього визначення параметрів ближнього порядку випливає, що αі<0, якщо найближчі сусіди - атоми іншого сорту, та αі>0, якщо найближчі сусіди - атоми одного сорту. Знак αі для і=2,3,4,… складним чином залежить від параметра впорядкованого розміщення атомів.
Залежність параметрів αі від радіусу координаційної сфери різна для різних типів упорядкування, і це дає можливість по вигляду α(ri) визначити надструктуру, що є прототипом відповідного ближнього порядку [4].
Оскільки характеристики ближнього порядку не пов’язані з розташуванням атомів в структурно-нееквівалентних місцях гратки, то ближній порядок може існувати в будь-яких твердих розчинах при довільній концентрації елементів.
Про можливість існування ближнього порядку вже відомо досить давно [5, 8]. В перших теоріях дальнього порядку вже були розрахунки та деякі міркування про ближній порядок. Безпосередні виміри параметрів ближнього порядку по інтенсивності дифузного розсіяння рентгенівських променів почалися дещо пізніше [1, 7]. Спочатку їх було дуже небагато через велику кількість прецезійних вимірів та великого об’єму розрахунків. Перші роботи в цій області, здавалося, свідчили про те, що всі явища відбуваються у відповідності до законів класичної термодинаміки: вище точки Кюрі-Курнакова в сплавах, що упорядковуються, спостерігається ближній порядок, параметри якого спадають як 1/T зі зростанням температури. Припускалося, що ближній порядок впливає на фізичні властивості, при цьому цей вплив є аналогічним впливові дальнього порядку, але виявляє себе не так сильно. Наприклад, при утворенні ближнього порядку повинні спадати електроопір, зростати характеристична температура, тощо. Думки про такий вплив ближнього порядку на властивості сплавів широко розповсюджені і зараз.
Побутує думка, що ближній порядок встановлюється надзвичайно швидко через малу довжину дифузійного шляху, при цьому практично завжди мають справу з ближнім порядком. Однак в міру зростання кількості робіт по вивченню ближнього порядку, поступово з’ясовується, що ситуація виявляється більш складною, і якщо іменувати ближнім порядком деякий розподіл атомів, що відрізняється від хаотичного в твердих розчинах, то потрібно не лише відрізняти ближній порядок та ближнє розшарування (αJ>0), але й вести мову про структуру цього порядку, тобто про можливість існування нерівномірного розподілу по різних напрямках у кристалі, що визначається як номером координаційної сфери та симетрією кристалу, так і характером дефектів у зразку. Слід звернути увагу на те, що сплав в термодинамічній рівновазі фактично отримати так само важко, як і сплав, що не має дефектів решітки, а всі дефекти решітки істотно впливають на ближній порядок, його величину та структуру. Тому інтерпретація тих відомостей, що накопичені на даний момент, виявляється вельми важкою. Тут варто зазначити, що багато висновків про вплив ближнього порядку на фізичні властивості, по суті справи, отримані з евристичних міркувань, і тлумачення результатів вимірів часто є довільним, оскільки в багатьох випадках не мають можливості паралельно досліджувати фізичні властивості та ступінь ближнього порядку. А для отримання однозначних висновків про вплив ближнього порядку на фізичні властивості обов’язково потрібні паралельні виміри або на тих самих зразках, або на зразках, що пройшли однакову обробку.
Вельми суттєвим є питання про характер розміщення атомів різного сорту в сплавах з ближнім порядком [8-11].
В літературі [4] такі моделі взаємного розташування атомів, що можуть бути охарактеризовані терміном “ближній порядок”: а) гомогенний “рідиноподібний” ближній порядок, при якому всі вузли решітки кристалу є рівноправними і кожен з них може бути обраний за початковий; б) розподіл атомів у вигляді малих областей однакового складу з правильним розташуванням атомів на їх границях; в) розподіл атомів у вигляді подібних областей з правильно розташованими атомами, що розділені прошарками з неупорядкованим розташуванням атомів різного сорту; г) розподіл атомів у вигляді аналогічних областей, але з поступовим погіршенням правильності при наближенні до периферії областей; д) розподіл атомів у вигляді субмікрообластей, що розрізняються по складу, ступеню та типу порядку. Ймовірні і проміжні випадки.
Як показано у [4], рівноважний ближній порядок визначається мінімумом вільної енергії.
Ближній порядок виникає за рахунок різниці в міжатомних взаємодіях, існуючи між атомами різного сорту в твердих розчинах. Тому проблема взаємодій, обумовлених ближнім порядком, тісно пов’язана з проблемою міжатомних взаємодій в реальних твердих розчинах, однією з найбільш фундаментальних проблем фізики конденсованих середовищ.
Експериментальні дані свідчать про те, що такі впливи, як деформація, опромінення, різна термічна обробка, істотно впливають на локальний розподіл атомів по вузлам решітки. Деформація приводить до зменшення ступеня ближнього порядку; аналогічно впливає факт підвищення температури (але не для всіх сплавів). Більш того, виявлені випадки немонотонної температурної залежності окремих параметрів αі. Встановлена немонотонна зміна ступеня порядку з температурою загартування. Це явище в багатьох випадках пояснюють “доупорядкуванням” в процесі гартування від високої температури за рахунок міграції надлишкових вакансій. Виявлено підсилення ступеня порядку при опроміненні при кімнатних температурах в CuAl [6].
Ретельно проаналізувавши численні експериментальні дані, автори [6] зобразили таку схему встановлення ближнього порядку в сплаві в