Электронная структура и межатомное взаимодействие в интерметаллиде Ni3Al тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙКТУРЫ И ИНШ'РАЛЬНЫХ ПО СПЕКТРУ СВОЙСТВ.

1.1. Первопринципные методы.

1.2. Метод поевдопотенциала.

2. ЗОННАЯ СТРУКТУРА И ЭНТАЛЬПИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Hibk<¿.

МЕТОД ЛМТО.

2.1. Двухуровневая охема оамоооглаоования в ЛМТО методе для соединений.

2.2. Особенности электронного строения интерметаллида Nibkt

2.3. Энтальпия Ь.бразования.

3. МЕЖАТОМНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В А/сьА£.

МЕТОД ПСЕВДОПОТЕНЦИАЛА.

3.1. Расчет полной энергии № , А£ и №3Ае

3.2. Ковалентные эффекты в фазах со структурой U-2,

3.3. Динамика решетки и энтропия образования Мс3 ДС

4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АТОМОВ ПРИМЕСИ ПО ПОДРЕШЕТКАМ УПОРЯДОЧЕННЫХ ФАЗ С ДВУМЯ ТИПАМИ УЗЛОВ.

4.1. Применение метода статических концентрационных волн для легированных фаз со структурой

4.2. Метод априорного определения распределения атомов примеси в почти упорядоченных фазах с двумя типами узлов.

4.3. Полная энергия, энергия упорядочения и размещение атомов примеси в WцАе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДО.ЮЗ

Актуальность темы

Упорядоченная ^'-фаза - интерметаллид на основе имеет исключительное значение в современных никелевых сплавах. Одной из важнейших задач в металлофизике этих сплавов является установление закономерностей влияния легирования на свойства упорядоченной ^ '-Фазы. Отсутствие данных об энергетических параметрах феноменологических теорий затрудняет их использование для этой цели. Кроме этого, феноменологический подход к исследованию процессов упорядочения не позволяет ответить на вопрос о том, какой из элементов интерметаллида будет замещен примесью. В то же время для никелевых о плавов на основе НсъМ он приобретает особую важность, так как их свойства в значительной степени определяются характером распределения легирующего элемента по подре-шеткам интерметаллида.

Это обуславливает актуальность изучения интерметаллидов на основе о помощью современной электронной теории твердого тела. Дервопринципные методы расчета зонной структуры позволяют описывать особенности электронного спектра, получить данные о величине ковалентной составляющей в межатомной связи,о степени локализации с! -электронов, о переносе заряда; изучить возможности применения метода модельного псевдопотенциала для расчета интегральных по спектру термодинамических свойств интерметаллида ъ Ае

В работе показано,что развитие и применение первопринципных методов расчета зонной структуры и псевдопотенциала позволяют объяснить физические причины высокой термодинамической стабильности и прогнозировать эти свойства при изменении состава.

Актуальность и практическая направленность темы диссертационной работы подтверждаются выполнением ее в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ на 1981-1985гг. Научного Совета по конструкционным материалам для новой техники АН СССР.

Целью работы является расчет из первых принципов электронной структуры интерметаллида МсъА& для обоснования выбора моделей и методов при описании его атомных свойств, а также исследование ряда закономерностей, наблюдающихся при легировании X1- фазы.

Научная новизна

Разработана двухуровневая схема самосогласования для соединений в ЖГО методе. Получены выражения для многочастичного вклада в Фурье-образ потенциала смешения фаз со структурой Иа и установлена сходимость ряда теории возмущений при расчете полной энергии в методе модельного поевдопотенциала. Проведен теоретико-групповой анализ фононных спектров для структуры И2 . Получены уравнения для температурной и концентрационной зависимости параметров дальнего порядка в трехкомпонентных фазах со структурой г. на основе совместного применения методов отатиотико-термодинамической теории и поевдопотенциала. Предложен метод априорного определения распределения атомов примеси по подрешеткам интерметаллида. Расчитаны электронный и фононный спектры в АЦ Изучено влияние примеси на полную энергию, энергию образования, энтальпию и энтрапию образования и распределение легирующих атомов по подрешеткам Х'-фазн.

Практическая значимость

Развитый в работе подход учета влияния легирующих элементов на свойства А£ может послужить основой для прогнозирования тенденций изменения межатомной связи и термодинамической стабильности интерметаллидных сплавов. Он дает возможность объяснить и предсказать изменение фазовых равновесий, взаимной растворимости компонентов при вариации оостава.

Разработанная схема расчета электронного спектра и интегральных по спектру свойств для соединений может быть использована для исследования электронной структуры поверхностей раздела и точечных дефектов.

На защиту выносятся следующие результаты и положения.

1. Методика самосогласования в методе ЛМТО и результаты самосогласованного расчета электронного спектра А/съ № .

2. Характер связи в А/съАе. существенно металлический. При расчетах эффектов упорядочения, энергии и связанных с ней термодинамических свойств АЦАе можно ограничиться парным приближением.

3. Метод, позволяющий определять распределение атомов примеси по подрешеткам почти упорядоченных фаз с двумя типами узлов.

4. Результаты расчета, иллюстрирующие влияние примеси на энергию упорядочения, полную энергию, растворимость примеси и ее распределение по подрешеткам в А/съ Ав. .

I. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПО СПЕКТРУ СВОЙСТВ.

Изучению фазы №ЪА& посвящено довольно много работ, поскольку на ее основе формируется упрочняющая & '-фаза многих никелевых сплавов. Цель этих работ заключается в экспериментальном исследовании структуры, механических свойств и диаграмм состояния этой фазы с добавками различных примесей. В то же время практически отсутствуют работы, в которых бы исследовался характер межатомной связи и электронная структура интерметаллида.

В данной главе рассмотрены основные методы исследования электронной структуры и интегральных по спектру свойств твердых тел, которые в дальнейшем могут быть использованы при изучении полной энергии, энергии упорядочения, энтальпии образования, колебательного вклада в свободную энергию и влияние примеси на эти свойства в интерметаллиде .