Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами

Методами рентгеновской и нейтронной дифракции исследовалась специфика структурного состояния сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой из расплава и быстрыми нейтронами. Обнаружено, что дифракционные картины аморфных материалов этих двух классов различаются. Приведены аргументы в пользу того,...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2001
Main Authors:	Пархоменко, В.Д., Дубинин, С.Ф., Пушин, В.Г., Теплоухов, С.Г.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2001
Series:	Вопросы атомной науки и техники
Subjects:	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78270
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами / В.Д. Пархоменко, С.Ф. Дубинин, В.Г. Пушин, С.Г. Теплоухов // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 4. — С. 28-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-78270
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-782702015-03-14T03:01:55Z Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами Пархоменко, В.Д. Дубинин, С.Ф. Пушин, В.Г. Теплоухов, С.Г. Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Методами рентгеновской и нейтронной дифракции исследовалась специфика структурного состояния сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой из расплава и быстрыми нейтронами. Обнаружено, что дифракционные картины аморфных материалов этих двух классов различаются. Приведены аргументы в пользу того, что ближний порядок облученного никелида титана соответствует В2-фазе, а не плотной случайной упаковке атомов, как в случае закаленных сплавов. Методами рентгеновської та нейтронної дифракцiї дослiджувалась специфiка структурного стану сплавiв нiкелiду титану, аморфiзованих гартуванням iз розплаву та швидкими нейтронами. Виявлено, що дифракцiйнi картини аморфних матерiалiв цих двох класiв розрiзняються. Наведенi аргументи на користь того, що ближчий порядок опромiненого нiкелiду титана вiдповiдає В2-фазi, а не щiльнiй випадковiй упаковцi атомiв, як у випадку загартованих сплавiв. The particularity of nickel-titanium alloys structure state were investigated by methods of X-ray diffraction and of neutron diffraction . The alloys were amorphized from melt or by fast neutrons. It was found that the diffraction patterns of these two classes of amorphous materials are different . The arguments are presented about the fact that the near order of irradiated titanium nickeled corresponds to B2-phase, but not to the closed random packing of atoms in quenched alloys. 2001 Article Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами / В.Д. Пархоменко, С.Ф. Дубинин, В.Г. Пушин, С.Г. Теплоухов // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 4. — С. 28-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78270 621.039.53:669.296.5:548.735 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
spellingShingle	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Пархоменко, В.Д. Дубинин, С.Ф. Пушин, В.Г. Теплоухов, С.Г. Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами Вопросы атомной науки и техники
description	Методами рентгеновской и нейтронной дифракции исследовалась специфика структурного состояния сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой из расплава и быстрыми нейтронами. Обнаружено, что дифракционные картины аморфных материалов этих двух классов различаются. Приведены аргументы в пользу того, что ближний порядок облученного никелида титана соответствует В2-фазе, а не плотной случайной упаковке атомов, как в случае закаленных сплавов.
format	Article
author	Пархоменко, В.Д. Дубинин, С.Ф. Пушин, В.Г. Теплоухов, С.Г.
author_facet	Пархоменко, В.Д. Дубинин, С.Ф. Пушин, В.Г. Теплоухов, С.Г.
author_sort	Пархоменко, В.Д.
title	Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами
title_short	Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами
title_full	Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами
title_fullStr	Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами
title_full_unstemmed	Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами
title_sort	дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2001
topic_facet	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78270
citation_txt	Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами / В.Д. Пархоменко, С.Ф. Дубинин, В.Г. Пушин, С.Г. Теплоухов // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 4. — С. 28-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT parhomenkovd difrakcionnyeissledovaniâstrukturysplavovnikelidatitanaamorfizovannyhzakalkojibystryminejtronami AT dubininsf difrakcionnyeissledovaniâstrukturysplavovnikelidatitanaamorfizovannyhzakalkojibystryminejtronami AT pušinvg difrakcionnyeissledovaniâstrukturysplavovnikelidatitanaamorfizovannyhzakalkojibystryminejtronami AT teplouhovsg difrakcionnyeissledovaniâstrukturysplavovnikelidatitanaamorfizovannyhzakalkojibystryminejtronami
first_indexed	2025-07-06T02:25:45Z
last_indexed	2025-07-06T02:25:45Z
_version_	1836862665277833216
fulltext	РАЗДЕЛ ВТОРОЙ ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ЯВЛЕНИЙ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ УДК 621.039.53:669.296.5:548.735 ДИФРАКЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ НИ- КЕЛИДА ТИТАНА, АМОРФИЗОВАННЫХ ЗАКАЛКОЙ И БЫСТРЫМИ НЕЙТРОНАМИ В.Д.Пархоменко, С.Ф.Дубинин, В.Г.Пушин, С.Г.Теплоухов Институт физики металлов УрО РАН, 620219, г.Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 Е-mail: parkhomenko@orar.zar.eps.ru Методами рентгеновської та нейтронної дифракцiї дослiджувалась специфiка структурного стану сплавiв нiкелiду титану, аморфiзованих гартуванням iз розплаву та швидкими нейтронами. Виявлено, що дифракцiйнi картини аморфних матерiалiв цих двох класiв розрiзняються. Наведенi аргументи на користь того, що ближчий порядок опромiненого нiкелiду титана вiдповiдає В2-фазi, а не щiльнiй випадковiй упаковцi атомiв, як у випадку загартованих сплавiв. Методами рентгеновской и нейтронной дифракции исследовалась специфика структурного состояния сплавов нике- лида титана, аморфизованных закалкой из расплава и быстрыми нейтронами. Обнаружено, что дифракционные карти- ны аморфных материалов этих двух классов различаются. Приведены аргументы в пользу того, что ближний порядок облученного никелида титана соответствует В2-фазе , а не плотной случайной упаковке атомов, как в случае закаленных сплавов. The particularity of nickel-titanium alloys structure state were investigated by methods of X-ray diffraction and of neutron diffraction . The alloys were amorphized from melt or by fast neutrons. It was found that the diffraction patterns of these two classes of amorphous materials are different . The arguments are presented about the fact that the near order of irradiated titanium nickeled corresponds to B2-phase ,but not to the closed random packing of atoms in quenched alloys. Известно, что облучение никелида титана отно- сительно большими флюенсами ионов и электронов высоких энергий приводит к аморфизации интерме- таллида никелида титана [1,2]. В литературе широ- ко обсуждается механизм такого фазового перехода, но единое мнение по этому вопросу отсутствует. В ряде модельных подходов причиной аморфизации никелида титана при электронном облучении пред- полагаются точечные дефекты, концентрация кото- рых выше некоторого критического уровня делает это состояние устойчивым в нормальных условиях. В случае ионного облучения критическая кон- центрация дефектов достигается в области каскада атомных столкновений, и переход в аморфную фазу осуществляется в послекаскадной области. При электронном облучении никелида титана критерий неустойчивости решетки «срабатывает» в большом объеме кристалла, обуславливая тем самым более резкую зависимость структурного перехода от флю- енса. Экспериментальная ситуация в никелиде титана, возникающая после воздействия быстрых нейтронов при различных температурах облучения, представ- лена в работах [3,4]. В этих работах показано, что переходы никелида титана в аморфную фазу при равном количестве числа смещений на атом (СНА), вызываемых нейтронным [3] или ионным облуче- ниями [1], подобны. В табл.1 указаны объемные доли неупорядоченной фазы V, аморфной фазы с и степени дальнего атомного порядка S= S /0,72 в никелиде титана после нейтронного (Тобл = 340К) и ионного облучений. Как видно из таблицы, наблю- дается качественное согласие величин v, c, S в мо- дифицированном двумя различными типами излуче- ний никелиде титана. Обсудим теперь более подроб- но особенности аморфного состояния, возникающе- го в никелиде титана после воздействия быстрых нейтронов. На рис.1 показаны наиболее информа- тивные участки картин рентгеновской и нейтронной дифракций радиационно модифицированного моно- кристалла никелида титана. Как видно, дифракто- граммы облученного никелида титана различны. Наиболее существенное различие состоит в том, что на нейтронограмме присутствует дополнительный (сверхструктурный) диффузный максимум в поло- жении k ~ 2Α-1. Логично предположить по аналогии с ситуацией в упорядоченных сплавах, что интенсивность сверх- структурного диффузного максимума на нейтроно- грамме пропорциональна квадрату разности атом- ных факторов рассеяния никеля и титана ( fNi - fTi )2. В этом случае рентгеновские картины аморфного сплава не фиксируют сверхструктурный максимум, поскольку амплитуды рассеяния атомов никеля и титана довольно близки. Другими словами, чувстви- тельность рентгенографического метода недостаточ- на для выявления ближнего химического порядка в этих аморфных сплавах. __________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (80), с. 28-33. 28 Таблица 1 Величины объемной доли неупорядоченной фазы v, аморфной фазы c и средней степени дальнего атомного порядка S* в радиационно-модифицированном никелиде титана Число смещений на атом v c S∗ нейтроны ионы нейтроны ионы нейтроны ионы 0,03 0,40 0,2 0,1 0,04 0,67 0,85 0,12 0,01 0 0,99 1,00 0 0 Таблица 2 Характеристика структурного состояния никелида титана Метод амор- физации Структурное состояние никелида титана Исходное Аморфное Тип ближнего позиционного порядка Тип ближнего химического порядка После отжига Облучение Монокристалл ОЦК CsCl Монокристалл Закалка Жидкость ПСУ ПСУ пар NiTi Поликристалл 1 2 3 4 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 б И нт ен си вн ос ть Κ = 4π SinΘ /λ , Å-1 400 500 600 700 800 900 1000 1100 а Рис.1. Картины рентгеновской (а) и нейтронной (б) дифракции аморфной фазы никелида титана 1 2 3 4 5 6 7 0 100000 200000 300000 Рис.2. Структурные рефлексы (110) и (220) на нейтронограмме монокристалла Ti49Ni51: до облучения; после отжига облученного образца (Тобл=340К, Ф=2,5 1020см-2) (220) (110) И нт ен си вн ос ть κ , Å-1 Напротив, нейтронографически химические кор- реляции атомов в сплавах на основе никелида тита- на хорошо выявляются, поскольку контраст ядер- ных амплитуд рассеяния тепловых нейтронов нике- лем и титаном очень велик (fNi = 1,03 × 10-12 см, fTi = - 0,34 × 10-12 см). В этом состоит одно из достоинств выбранного нами объекта исследования. Выделим, на наш взгляд, наиболее характерную особенность никелида титана, аморфизованного бы- стрыми нейтронами. Она состоит в том, что отжиг облученного сплава восстанавливает не только ис- ходную кристаллическую структуру, но и степень совершенства монокристаллического образца. Это видно на рис. 2, на котором представлены интенсив- ности структурных брэгговских рефлексов (110) и (220) на нейтронограммах исходного и отожженно- го после воздействия быстрых нейтронов никелида титана. Отмеченный факт является принципиаль- ным, поскольку означает, что ближний позицион- ный порядок аморфной фазы имеет прямое отноше- ние к В2-кристаллической фазе (КФ). Другими сло- вами, структурный переход в аморфную фазу (АФ) осуществляется под воздействием быстрых нейтро- нов по прямой схеме КФ ⇒ АФ , (1) а не в последовательности КФ ⇒ ЖФ ⇒ АФ, (2) как в случае закалки из жидкой фазы (ЖФ). Под- твердим важное следствие (1) другим независимым экспериментом. На рис. 3 приведены рентгено- граммы никелида титана в интервале 2,3 < κ < 6. Напомним, что рентгеновские картины рассеяния фиксируют только позиционный беспорядок атомов, поскольку амплитуды рассеяния атомов никеля и титана близки. Верхняя картина рассеяния на этом рисунке относится к монокристаллическому образцу Ti49Ni51, аморфизованному быстрыми нейтронами, нижняя - к аморфизованному закалкой из расплава Ti50Ni25Cu25. Отметим, на наш взгляд, основное от- личие рентгенограмм аморфных материалов, полу- __________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (80), с. 28-33. 29 ченных различными методами. Оно состоит в том, что на верхней рентгенограмме интенсивность вто- рого диффузного максимума (κ=5Å-1) существенно подавлена. Это составляет еще одну особенность дифракционной картины аморфного никелида тита- на, полученного воздействием быстрых нейтронов. Обратимся в этой связи к функциям радиального распределения атомов в этих материалах. На рис. 4 приведены парные функции радиального распреде- ления атомов, рассчитанные на основании дифрак- ционных измерений (см.рис. 3). 3 4 5 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Рис.3. Рентгенограммы аморфных сплавов: 1 - облученного монокристалла Ti49Ni51 2 - закаленного из расплава Ti50Ni25Cu25 2 1 И нт ен си вн ос ть Κ , Å-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 Рис. 4. Парные приведенные функции радиального распределения атомов: облученного монокристалла Ti49Ni51, закаленного из расплава Ti50Ni25Cu25 g( r) r, Å Из сравнения кривых видно, что в облученном никелиде титана модуляции атомной плотности вы- ражены значительно слабее и, кроме того, отсут- ствует типичное для закаленных из расплава аморф- ных материалов расщепление второго максимума. Это свидетельствует о более компактном ближнем позиционном порядке в облученном никелиде тита- на, другими словами: размещение атомов в радиаци- онно-модифицированном сплаве является более од- нородным. В свете развитых выше представлений о структуре аморфных сплавов становится важным анализ формы диффузного максимума на нейтроно- грамме в окрестности κ = 2Å-1 (рис.5), который, как уже отмечалось выше, свидетельствует о химиче- ских корреляциях атомов никеля и титана в радиа- ционно-модифицированном никелиде титана. На рис. 5 в большом масштабе показаны интен- сивности диффузных максимумов около κ = 2Å-1. Кружками на рисунке представлена картина рассея- ния сплава, облученного быстрыми нейтронами, а треугольниками – закаленного из расплава. Как вид- но на рисунке, полуширины сверхструктурных мак- симумов существенно отличаются. Полуширина максимума, обозначенного кружками, составляет 0,5Å-1, а указанного треугольниками равна 0,75Å-1. При этом подчеркнем, что полуширины структур- ных максимумов, κ = 3Å-1, на рентгенограммах этих сплавов одинаковы (см. рис.3). Большая разница в ширинах сверхструктурных максимумов на нейтро- нограммах обсуждаемых аморфных сплавов обу- словлена, на наш взгляд, разным типом их позици- онного ближнего порядка. В самом деле, в случае ближнего порядка по типу В2 сверхструктурный максимум, свидетель- ствующий о химических корреляциях атомов в аморфном сплаве, должен быть расположен на ней- тронограмме в окрестности брэгговского рефлекса (100) В2-фазы, положение которого обозначено на рис. 5 пунктирной стрелкой. 1 2 5000 10000 15000 Рис. 5. Диффузное рассеяние в окрестности Κ = 2Å-1 на нейтронограммах: - облученнтго монокристалла Ti49Ni51, - закаленного из расплава Ni50Ni25Cu25. И нт ен си вн ос ть κ = 4 π SinΘ /λ , Å-1 В случае плотной случайной упаковки (ПСУ) атомов (закаленный сплав) химические корреляции в аморфном сплаве должны проявляться на нейтро- нограмме в виде сверхструктурных диффузных мак- симумов, сосредоточенных около положения сверх- структурных рефлексов плотноупакованных реше- ток (100) и (110) ГЦК-фазы или (001) и (010) ГПУ- фазы, положения которых на рис. 5 указаны сплош- ными стрелками. Итак, на картине нейтронного рас- сеяния аморфного сплава, полученного закалкой из расплава, сверхструктурный диффузный максимум представляет, по нашему мнению, суперпозицию двух раздельных максимумов, т.е. является состав- ным. Необходимо при этом иметь в виду то обстоя- тельство, что полуширины отдельных диффузных максимумов на дифракционных картинах аморфных ________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №4 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (80), с.27-32. 30 материалов не должны превышать ∆κ = 1/R ≅ 0,5Å-1, поскольку корреляционный радиус R в аморфных веществах не может быть меньше межатомного рас- стояния ≅2Å. Поэтому только в случае наложения нескольких максимумов суммарная полуширина диффузного рефлекса может быть существенно больше 0,5Å-1. Таким образом, модельные представления о про- тяженности в обратном пространстве диффузного максимума, информирующего о химических корре- ляциях, адекватны с типом аморфизации никелида титана быстрыми нейтронами. В табл. 2 приведены основные эксперименталь- ные факты, характеризующие различные типы аморфного состояния никелида титана. Приведен- ные выше экспериментальные факты свидетельству- ют о том, что радиационно-модифицированный ни- келид титана следует относить к классу аморфных веществ дисторсионного типа. При этом искажения в аморфном веществе обусловлены радиационными дефектами. По оценкам [5], амплитуды атомных смещений в этом случае являются относительно не- большими и составляют около 0,2Å. Эти смещения, с одной стороны, достаточно велики, чтобы нару- шить трансляционную симметрию кристалла, а с другой стороны, не столь значительны и обеспечи- вают сохранение “памяти” атомов никеля и титана к своим позициям в исходном кристалле. Отметим еще раз основное свойство аморфной структуры дисторсионного типа, установленное на примере ни- келида титана. Оно состоит в том, что ближний атомный порядок неупорядоченных структур данно- го класса соответствует ближнему порядку исход- ной кристаллической фазы, который и определяет положение интерференционных диффузных макси- мумов на дифракционной картине конкретного аморфного вещества. Представлятся интересным определить радиаци- онные дефекты, которые формируют и стабилизиру- ют аморфную структуру никелида титана. Обратим- ся в этой связи к результатам изохронного отжига никелида титана, облученного при температуре жидкого азота. Подробные сведения об условиях об- лучения и фазовом составе радиационно-модифици- рованного никелида титана даны в работе [4]. При изохронном отжиге измерялись следующие величи- ны: объемная доля кристаллической фазы, степень дальнего атомного порядка этой фазы и изменение концентрации точечных дефектов. Разберем после- довательно эти эксперименты. На рис.6 кружками и квадратами показаны ре- зультаты измерения объемной доли кристалличе- ской фазы и степени дальнего атомного порядка по- сле изохронного отжига облученного образца при температуре выше 300 К. Время выдержки на соот- ветствующей температурной ступени составляло 20 мин. После этого образец охлаждался до комнатной температуры и проводились нейтронографические измерения интенсивностей структурного (110) и сверхструктурного (111) рефлексов. Как следует из рисунка, кристаллизация аморфной фазы начинает- ся при 375 К, а заканчивается при 600 К, т.е. происходит в широком температурном интервале. В тесной связи с процессом восстановления кри- сталлической В2-фазы находятся результаты по восстановлению степени дальнего атомного порядка этой фазы S. 300 350 400 450 500 550 600 650 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 Рис.6. Степень дальнего атомного порядка,S, ( ) и объемная доля кристаллической фазы,1-С, S Тотж, С 0,6 0,8 1,0 в зависимости от температуры изохронного отжига облученного быстрыми нейтронами никелида титана (Ф=1,5 1019см-2, Тобл=80К). ( ) 1 -C 0 50 100 150 200 250 300 350 60 80 100 120 140 160 180 200 Рис.7. Температурные зависимости электросопротивления Ti49Ni51: - до облучения; - после облучения (Ф=1,5 1019см-2,) Тобл=80К;) остальные кривые - после изохронного отжига при температурах, указанных на кривых. Ф=0 525 475 375 350 325 300 275 250 Ф=1,5 1019см-2 ρ, м кО м с м Тотж, К Из рисунка видно, что восстановление объема кристаллической фазы и степени порядка начинают- ся при одинаковой температуре. Затем кривые име- ют различный температурный ход. Это можно объ- яснить следующим образом. Постоянное значение __________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (80), с. 28-33. 31 параметра S в интервале температур 450 К< Тотж < 600 К свидетельствует о том, что при восстановле- нии некоторого объема кристаллической фазы од- новременно в этом объеме восстанавливается до ис- ходного значения (S = 0,72) и степень дальнего атомного порядка. Рост степени порядка в области температур 375 К < Тотж < 450 К обусловлен отжи- гом малой объемной доли неупорядоченной кри- сталлической фазы, образовавшейся при низкотем- пературном облучении никелида титана [4]. Результаты, представленные на рис.6, и данные высокотемпературного облучения [3] свидетель- ствуют о том, что одного только атомного разупоря- дочения никелида титана недостаточно для его аморфизации, хотя, по-видимому, это условие яв- ляется необходимым. Необходимость атомного ра- зупорядочения для аморфизации никелида титана, возможно, сязана с тем, что при одной и той же тем- пературе облучения в химически неупорядоченном сплаве может быть достигнута более высокая кон- центрация точечных дефектов, чем в упорядоченном сплаве. Мы полагаем, что эффект аморфизации на- блюдается только в том случае, когда концентрация точечных дефектов в области КАС достигает неко- торого критического значения. Обратимся в этой связи к результатам измерения электросопротивле- ния радиационно-модифицированного никелида ти- тана. На рис.7 представлены температурные зависимо- сти сопротивления при различных температурах изохронного отжига. Из рисунка видно, что в интер- вале 150 К < Тотж < 375 К абсолютная величина со- противления уменьшается по мере роста Тотж, а тем- пературный ход ρ остается неизменным. Это следу- ет из рис.8, построенного в координатах ρ100К - ρ0 и Тотж. Приведенные данные свидетельствуют о том, что электросопротивление облученного никелида титана подчиняется правилу Маттисена ρ = ρ0 + ρ (Т) , (3) где ρ0 зависит от концентрации точечных дефектов. При Тотж > 375 К на рис.8 наблюдается резкое возрастание величины ρ100К - ρ0. Это, очевидно, соот- ветствует началу стадии отжига параметров 1-с и S (см.рис.6). Общепринято, что III стадия отжига радиацион- ных дефектов, связанная с миграцией вакансий, происходит при температуре ∼0,3Тпл. Для NiTi Тпл ≈ 1470 К, тогда 0,3Тпл = 440 К. Эта температура, 440К, хорошо совпадает с температурой Т = 450 К, цен- тром интервала между Т = 375 К (температура нача- ла изменения хода зависимости ρ(Т) (см. рис. 8)) и Т = 525 К (температура практически полного восста- новления ρ(Т) (см. рис. 7)). Таким образом, на осно- вании данных измерения электросопротивления вполне допустимо предположение, что в диапазоне температур 375…525 К происходит отжиг радиаци- онных дефектов, связанныый с миграцией вакансий. С другой стороны, диффракционные измерения (см. рис. 6) показывают, что примерно в этом же темпе- ратурном интервале происходит восстановление кристаллического состояния облученного NiTi. Итак, из результатов отжига облученного при 80 К никелида титана следует, что дефекты замещения или, точнее, антиузельные дефекты совместно с ва- кансиями обуславливают аморфизацию сплава. Дополнительную информацию об этих дефектах можно получить методом компьютерного моделиро- вания. Конкретно, представлялось интересным определить величины смещений атомов никеля и титана (в исходных и замещенных позициях в кри- сталлической решетке), расположенных непосред- ственно около вакансий, а также оценить энергии образования комплексов: антиузельный дефект – ва- кансия. Расчеты проводились в рамках метода моле- кулярной статики. (Эти расчеты являлись частью большой работы, намеченной внезапно ушедшим из жизни, сотрудником отдела работ на атомном реак- торе ИФМ УрО РАН Мосеевым Н.В.) В соответствии с рецептами [6], кристалл, со- держащий дефект, делился на две части: область I, непосредственно окружающая дефект, содержала до 150 атомов; область II, удаленная от дефекта, вклю- чала в себя до 1400 атомов. В области I взаимодей- ствие атомов задавалось парным потенциалом Хаф- нера [20], а в области II ситуация определялась ре- шением уравнений теории упругости для рассматри- ваемого дефекта. Результаты расчета представлены в табл.3. В первой строке табл.3 указаны типы моделируе- мых дефектных комплексов. Например, комплекс TiNi + VTi (4) соответствует тому, что около атома титана, распо- ложенного в никелевой подрешетке, находится ва- кансия в титановой подрешетке. В последующих строках таблицы указаны энергии образования ва- кансий, дефектных комплексов Е и величины сме- щений этих дефектов STi,Ni относительно идеальных позиций исходного кристалла. 100 200 300 400 500 -7,0 -6,5 -6,0 -5,5 -5,0 -4,5 -4,0 -3,5 -3,0 Рис.8. Разница температурного хода электросопротивления в интервале 1,8 - 100К в зависимости от температуры изохронного отжига облученного никелида титана (Ф=1,5 1019см-2, Тобл=80К). ρ 10 0 - ρ 0, м кО м с м Тотж,К Как видно из табл.3, относительная энергия об- разования дефектного комплекса (4) является наи- меньшей, т.е. образование этого дефекта при облу- чении быстрыми нейтронами несильно повышает энергию кристалла. Указанное обстоятельство поз- воляет считать этот дефектный комплекс стабиль- ным в облученном никелиде титана при нормальных условиях. С точки зрения здравого смысла понятна ________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №4 Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (80), с.27-32. 32 также наибольшая расчетная величина смещения атома титана (линейный размер атома Ti на 20% больше размера атома Ni) в направлении VTi. Итак, дефектные комплексы (6), с одной стороны, легко образуются в никелиде титана под воздействием бы- стрых нейтронов и, с другой стороны, претерпевают наибольшие искажения относительно идеальных по- зиций исходного кристалла. Логично в этой связи считать дефект TiNi + VTi основной причиной амор- физации монокристалла никелида титана. Становится понятной теперь макроскопическая обратимость степени совершенства монокристалла после отжига аморфного никелида титана. В самом деле, образование антиузельных дефектов, как было показано выше, не приводит к потери когерентности кристалла, а вакансии не приводят к существенным смещениям атомов никеля и титана. Таблица 3 Компьютерные расчеты энергий образования вакансий и комплексов (антиузельный де- фект – вакансия) и относительных смещений атомов в кристаллической решетке никелида титана Дефект TiNi+VTi TiNi+VNi NiTi+VTi NiTi+VNi VTi VNi E, отн. ед. 0,10 2,23 2,58 4,13 3,47 5,53 STi, отн. ед. 0,15 0,07 0,04 0,04 0,04 0,01 SNi, отн. ед. 0,10 0,07 0,06 0,01 0,05 0,01 Итак, нами довольно подробно был разобран пример аморфизации монокристалла никелида ти- тана быстрыми нейтронами. Было показано, что эффект аморфизации будет происходить, если сплав способен: во-первых, накапливать высокие концентрации радиационных дефектов или комплексов дефектов вследствие их низкой энер- гии образования; во-вторых, сохранять эти дефек- ты при нормальных условиях благодаря их высо- кой энергии миграции. Логично считать, что предлагаемая здесь модель не может быть во всех деталях перенесена на другие вещества, способ- ные аморфизоваться быстрыми нейтронами. Од- нако то, что аморфные вещества, полученные воз- действием быстрых нейтронов, все относятся к одному классу веществ дисторсионного типа, должно являться, на наш взгляд, универсальным свойством. Работа выполнена при финансовой поддержке Государственной научно-технической программы ″Актуальные направления в физике конденсиро- ванных сред″, направление ″Нейтронные исследо- вания конденсированных сред″, проект №4; Рос- сийского фонда фундаментальных исследований (проекты № 98-02-16166 и 98-02-17341) и Про- граммы государственной поддержки ведущих научных школ РФ (проект № 00-15-96581). ЛИТЕРАТУРА 1.J.L.Brimhal, H.E.Kissinger, A.R.Pelton. The Amor- phous Phase Transition in Irradiated NiTi Alloy //Rad. Effects. 1985, v.90, p.241-258. 2.J.Delage, O.Popola, J.P.Villain., P.Moine. Temper- ature Dependence of Amorphization and Pre cipita- tion Processes in Ni- and N- Implanted NiTi //Mater. Sci. a. Eng. 1989, v.A15, p.133-138. 3.С.Ф.Дубинин., С.Г.Теплоухов, В.Д.Пархоменко. Структурное состояние никелида титана, облу- ченного быстрыми нейтронами //ФМ.М. 1996, т.82, в.3, с.108-114. 4.С.Ф.Дубинин, В.Д.Пархоменко., С.Г.Теплоухов. Радиационные повреждения в никелиде титана, облученном быстрыми нейтронами при 80 К //ФММ. 1998, т.85. 5.С.Ф.Дубинин, В.Д.Пархоменко, С.Г.Теплоухов, Б.Н.Гощицкий. Аморфизация твердых тел бы- стрыми нейтронами //ФТТ. 1998, т.40, №9, с.1584- 1588. 6.А.Н.Орлов, Ю.В.Трушин. Энергии точечных дефектов в металлах. М.: «Энергоатомиздат», 1983, с.81. __________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №4. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (80), с. 28-33. 33 ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ЯВЛЕНИЙ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ ДИФРАКЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ НИКЕЛИДА ТИТАНА, АМОРФИЗОВАННЫХ ЗАКАЛКОЙ И БЫСТРЫМИ НЕЙТРОНАМИ Структурное состояние никелида титана Исходное Аморфное После отжига Облучение Монокристалл ОЦК CsCl Монокристалл Закалка Жидкость ПСУ ПСУ пар NiTi Поликристалл Литература

Дифракционные исследования структуры сплавов никелида титана, аморфизованных закалкой и быстрыми нейтронами

Institution

Similar Items