Кинетика процессов структурной релаксации и кристаллизации закаленных оксидных стекол в условиях внешних воздействий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ6 ОД

..г,'"'"И

НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРА1НИ ДОНЕЦЬКИИ Ф13Ж0-ТЕХНГШИИ 1НСТИТУТ 1м. 0.0. Галк1на

На правах рухопису

Попова 1нна Борисовна

К1НЕТИКА ПР0ЦЕС1В СТРУКТУРНО! РЕПАКСАЦИ I КРИСТАЛ13АЦП ЗАКАЛЕНИХ ОКСИДНИХ СК1Л В УМОВАХ ЗОВНПШХ Д1Й

01.04.07. - Ф1зика твердого т!ла

АВТОРЕФЕРАТ дисертацИ на здобуття наукового ступени кандидата ф1зико-математичних наук

Донецьк - 1995

Роботу виконано в Донецькоыу зико-техшчному 1нститут1 1м. 0. 0. Галк1на HAH Укра1ни

Дисертад1ею е рукопис

Науков! кер!вники

- кандидат ф1зико-ыатематичних наук Т. 6. Константинова

кандидат ф1зико-математичних наук В. I. Алекс!енко

ОфШйт опоненти

доктор ф!зико-ыатематичних наук професор

Е. П. Фельдман

- доктор ф1зико-математичних наук 0. Г. Милославський

Пров1дна оргашзащя - 1нститут монокристалл в HAH УКра1ни,

м. XapKiB.

Захист вхдбудеться "■ 1995 року О /у Г. на

зас1данн1 спец1ал1зовано1 ради ДО 6.II.01 в Донецькоыу ф1зи-ко-техшчшчному институт! iM. 0.0. Гатана HAH Укра!ни С 340II4 Донецьк, вул. Р. Люксембург, 72)

В1дгуки на автореферат, зав1реш печаткою установ1, прохаемо надсилати за адресою 340114 Донецьк, вул. Р.Люксембург, 72. ДонФТ1 1ы. Галк1на HAH Укра1ни, Вченому секретаре-в! спеЩшпзовано! ради ДО 6. II. 01 Солов'еву 6.6.

3 дисертац!ею можна ознайомитися у науков1й б1бл1отещ ДонФТ1 iM. 0.0. Галина HAH Укра1ни.

Автореферат po3iслано " Ж^в^М^и jgg5 р

Вчений секретар

спец!ал1зовано1 ради ДО 6. iE. 01 о

кандидат ф! з ико - математичних наук Б. Солов'ев

ЗАГАЯЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОбОТИ

Актуалън1сть проблеми. Структурна релаксад!я (СР) е фундаментальною властив1стю 1 характерною рисою повед1нки закалених ск!л будь-якого Х1М1чного складу. Тому вир!шення питания про мехашзм цього процесу е необх1дним для формування уявлень про природу скловидного стану твердих т!л. Однак на сьогодняшн1й дейь не 1снуе загального експериментально об-грунтованого уявлення про законом!рност1 процес!в СР, що в1дбуваються у закалених склах в р1зноман!тних термод!нам1ч-них умовах. Бгльш того, в л1тератур1 присутн! яю.сно р1зн1 модел1 для пояснения експериментальних даних про к1нетику СР в одному й тому ж закапеному сзш. Ситуац1я, що склалася, обумовлена насамперед браком, а також деякою суперечйстю наявних експерименатльних даних, що пов'язано" з проблемами прямого спостереження релаксащйних зм1н у аморфн!й структура 1 трактовки непрямих результат!в вим1рювань ф!зичних властивостей. що мають р1зну структурну чутлив1сть.

Тому задача здобуття комплексно! експериментально! !н-формацП про взаемозв'язан! релаксащйт зм1ни аморфно! структури 1 ф!зичних властивостей закалених сю. л в умовах зовн!шн1х д1й разно! природа 1 потужност1 е актуальною для розвитку ф!зики скловидних твердих Т1Л. Вир1шення !!, на думку автора, дозволить поширити 1 доповнити ].снукн1 на сьо-годня уявлення про законом!рност! реал1зац1! процес1в СР у закалених склах, про мехатзми структурних трансформац!й у аморфному стан!, а також про сп1вв1дношення процес1в СР 1 кристал1зацП ск!л.

Мета досл!дження. Метою ще! роботи е:

1. Бивчення к1нетики процес1в СР, що в!дбуваються в закалених склах систем при д1янн1 температури та 1мпульсного маг-н!тного поля (1МГО.

2. Бивчення впливу терм!чно! обробки в 1нтервал1 склування та обробки 1МП на процес кристал!зац1! в закалених склах вказаних систем.

3. На баз1 опитних результат!в утворення модел! для пояснения природа 1 характеру спостережних релаксац1йних зм1н в закалених склах.

Наукова новизна. Вперше вивчено структур^ процеси, ви-

кликан! в закалених склах систем мео-А12о3-5ю2 1 ва-рь-эг-са-си-о слабким 1МП. Показано, що внасл!док обробки 1МП в досл!джуваних склах при к!мнатн!й температур! (на сотн1 градус! в нижче за температуру склування т ) починаеться розгор-таючийся довгий час процес СР. що визначуе наступи! процеси склування (пом'якшення) та кристалл зац1! в цих матер1алах.

Вперше виявлено аномальт ефекти зниження температури склування т£ в аморфних матер!алах обох досМджуваних систем. що релаксували в температурному !1ггервал! склування або при к!мнатн!й температур! теля 1МП обробки. Встановлено, що виявлене зниження т^ с на,сл!дком ! ознакою в!дносного раз-упорядкування в аморфн!й структур! завдяки тдвищенню кон-центрацН (моб!льност1) елементарних власних дефект!в на певних етапах СР у скл!.

Встановлено, що реал1зац1я викликаних терм!чним або маг-щ то1 мггульсним тяшыи процес! в СР, що в!дбуваються в доел! джених закалених склах в широкому температурному д1апазо-ш.. обумовлюе ефекти стимулювання в них кристал1зац1х. як! полягають в зниженш енергП активац!! утворення низькотем-пературних кристал1чних фаз у аморфному матер!ал1, що релах-' сував, пор!вняно з в!дпов!дниы закаленим склом.

Виявлено, що специф!чною особлив!стю процес!в СР. що в!дбуваються в доел!джених матер1алхах в широкому температурному !нтервал1 внсл!док зовшштх д1й, е немонотонний характер !хньо1 к!нетики, зумовлений тим. що розвиток у час! спо-стережуваних процес! в СР у склах пов'язаний з посшдовними етапами в!дносного разупорядкування та впорядкування 1хньо1 аморфно! структури.

Основн! положения ! висновки. що виносяться на захист. I. Ефекти зовьйшних Д1й - терм!чно! обробки в !нтервал1 склування та обробки !мпульсним магн!тним полем - на структурна. процеси в закалених склах систем мео-А12о3-5ю2 1 В1-рь-зг-са-си-о полягають в тому, що: аЭ внаем док короткочас-ного магш Импульсного д!яння процес структурно! релаксац!! в досл1джуваних матер!алах спостер1гаеться тривалий час при к1мнатн!й температур!; б) як терм!чна. так ! магн!то!мпульс-на обробки знижують температуру склування С визначену д!фе-ренц1йно-терм!чним анал1зом) досл1джуваних закалених ск1л; в) обробка !мпульсним магн!тним полем перем1щуе !нтервал

кристал1зацП досл!джуваних закалених ск1л в область нижних температур 1 з нижу б енерпю активацП утворення в них низ Ьт котемпературних кристал1чних фаз.

2. Релансац1йн1 функцП, що описують к!нетику процес!в СР, як! в!дбуваються в досл!джуваних закалених склах в широкому д!апазон! температур тдчас терм!чного 1 п1сля магн!то1м-пульсного д1яння. мають немонотонний характер, обумовлений тим, що СР в дошйджуваних матер!алах розгортаеться як по-сл1довн1стъ еташв в1дносного впорядкування та разупорядку-вання 1хньо1 аморфно! структури.

3. Виявлен1 особливост! реал!зац!1 процес1в СР закалених ск1л при терм1чному 1 п1сля магштоампульсного д1яння гояс-нюються в рамках юнетично! модел!, що описуе СР як еволющ ю к!нетично дестаб!л!зовано! нер!вноважно! структури скла за рахунок утворення 1 взаемодП елементарних власних дефект!в в н1й.

Наукова 1 практична ц!нн1сть. Одержан! в ц1й дисертац!й-н1й робот! експерименталый результата вивчення к1нетики процес!в СР 1 кристалпзацП закалених'ск1 л в умовах зовшш-н!х д1й мають наукову ц1ншсть, бо I) вони м!стять вперше одержану 1нформац1ю про можпивост1 та кшетичн! особливост! розвитку низькотемпературного процеса СР, викликаного в закалених скпах слабким 1МП; 2) в гЦй робот1 з використанням юкетичного тдаоду виявлено, що СР в закаленому сып з пе-реважно ковалентними зв'язками розгортаеться як посл!дов-тсть етап1в в1дносного разупорядкування 1 впорядкування йо-го аморфно! структури; в) виявлеш в робот! ефекти аномального знихення температури склуваяня ! стимулювання кристал1-зацП в аморфному матер!ал!, що релаксував в р1зних умовах, дозволяють краще зрозум1ти роль зовн1шньо1 д!1 для розвитку СР в скль а також взанмозв'язок процес!в СР. склування ! кристал!зацП в склах.

Виявлеш в ц!й робот! ефекти терм!чного 1 1МП вгашву на структурн! процеси ! деяк1 ф1зичн! властивост! ск!л систем Ме-о-А12о3-зю2 и В1-рь-5г-са-си-о можуть бути використан1 для вдосконалення 1снуючих ! розробки нових способ!в керу-вання структурою аморфних ! склокристал!чних матер! ал! в.

Одержан! в ц!й робот! даМ про законом!рност! трансформации структури скла складу стехЮметричного корд!ериту в

широкому д1апазош температур (293-1103 К), а також дан1 про законом!pHocri утворення кристал!чних фаз в аморфному мате-pi ал1, що релахсував (тдчас отжигу або теля обробки IMID, дозволять, на думку автора, розробити економ!чний (з точки зору енергетичшх i матер! альних затрат) режим випуску кон-струкц!йного склокристалпчного матер!алу кордиеритового складу з низьким piBHeM мхкронапруг, що його одержано з в!д-пов!дного порошку заяаленого скла за керашчною технолог!ею.

Встановлен! ефекти вгшиву терм1чно! та магн1то!мпульсно1 обробок на утворення криотал1чних надпров!дних фаз в закале-ному скт системи Bi-Pb-sr-ca-cu-o можуть бути викоритан! для керування структурою надщров1дник!в, одержаних кристалх-защею скла вшкшдного складу (зокрема, - для п!двищення к!лысост1 надпров1дно1 фази в надщювшшках).

Апробащя робота. Основш результати дисертацп долов!-далися на сждуючих конференщях i сем!нарах:

- ми М!жнародтй конференцП по ф!зиц1 прочност! i пла-стичност! метал1в i сгшав!в (Самара-1992);.

- 4-ой европейсыйй конференцП по матер!алам i технолог!ям "Зах1д-Сх!д" (Санкт-Петербург-1993);

■ - М!жнародн!й конференцП "Технолог!я i як!сть скла" (Константин! вка-1993) ;

- vi Науковому семинарх "Ф1зика мага! тшх явищ" (Донецьк -1993);

- vii М!жнародному науковому ceMimpi "Ф!зика маплтних явит" (Донецьк-1994);

- Шжнародшй конференцН "Структура i властивост! крихких та кваз!пластичних MaTepianiB" (Pira-1994).

Публ!кацП. Осоновн! положения дисертацП надруковано в шести наукових працях, перел1к яких наведено у йнц! автореферату.

Особистий внесок автора. Особистий внесок автора полягае в anajii тичному вивченш наявних л!тературних даних щодо проблематики роботи та участ1 у виробщ ц!лей i задач до сложения; вюсонанн! к1нетичних досл!джень спостережуваних про-цес!в CP методами д!ференщйно-терм1чного анал!зу i п!кно-метричного вим!рювання густини; виконант терм!чно! та маг-Hi то1мпульсно1 обробок доатдауваних сйл; обговорюванн! • одержаних експериментальних результат!в i тдготовщ публ!-

кащй до друку.

Структура та об'ем роботи. Дисертащя складаеться 3i вступу, п'яти глав, bhchobkíb та списку Мтератури. Об'ем дисертацП складав 164 стор!нки „машинописного тексту, включаючи 33 малюнки, 6 таблиць та б1бл1ограф1ю 1з I4B найменувань.

3MICT Р060ТИ

У встут обгрунтовано актуальн1сть тематики, як1й при-свячена дисертащйна робота, сформульовано Ц1л1 й задач! до-сл!дження, показано новизну одержаних в po6otí результат1в, стисло охарактеризовано кожну з глав роботи, сформульовано положения, що виносяться на захист.

Перша глава дисертацП присвячена анал1зу сучасних уяв-лень про структурн! траясформац!I мнетичио заморожених не-р1вноважних систем в умовах зовн!шн1х д1й.

Викладено icHyi04i експериментальн! дат та моделью, уяв-лення про законом!phoctí утворення м1кронеоднор!дно1 структура ск1л як к1нетично заморожених Hepiвноважних систем. Розглянуто також питания моделювання структури и структурних недосконалостей в реальних закалених склах. Вказано об'бк-тивн! трудност1 у визначенк! просторових характеристик аморфно! структури з допомогою прямих д1фракц1йних метод!в спостереження. Охарактеризовано широко використовуване в литератур! моде льне представления !деально! структури кова-лентного скла як трьохвим1рно1 непреривно! невпорядковано! cítkh (представления 3axapiaoeHaJ. Описано також 1ш1 тдхо-ди до моделювання структури скла, а саме: кластеры. лол!-кластерн1 та кристал!тн! модел!. Особисту увагу прид!лено анал1зу !снуючих уявлень про структурн1 недосконалост! в аыорфних матер1алах. Викладено результати експериментального та теоретичного вивчення елементарних власних дефект!в кова-лентних i метал1чних сил. Проанатзовано експериментальт результати вивчення процес1в CP п1дчас отжигу i наведено моделью уявлення про механ!зми реалпзацп CP в склах в широкому д1апазон1 температур. Наведено також BiflOMi дан! про вплив отжигу на кристаллзащю в закалешх склах. Викладено наявш. в л!гератур! експериментальт даМ про вшшв магтт-них пол!в на структурш процеси (склування, кристал1зад1ю, в'язкий плин) в склах р1зно! природа. Показано, що найб1льш

плодотворним засобом !нтерпретацП експериментальних результат! в вивчення структурних процес!в в склах (у тому чист, СР 1 кристал!зацП) е використання уявлень про участь структурних недосконалостей (дефект!в) в елементарних актах цих процесс в.

У другой глав1 обгрунтовано виб1р об'вкт1в досл!дження ! описано використан1 експериментальн! метода. ОС'ектами до-сшдження було вибрано закалеш скла систем мео-А12о3-ьчо2 1 вж-Рь-Бг-са-си-о. Вивчали порошок закаленого скла складу стех1ометричного корд1ериту (2мйо • 2а12о3 • 5зю2), розм!р час-ток якого не перевищував 40 нм. Скло системи ва-рь-Бг-сэ-си-о вюсористовувалося у вигляд! монолд тних зразкгв. Обидна матср1али було виготовлено охолоджепням расплаву зг!дно з традицШюв для кожкса системи технолоПею одержання закале-ного скла.

Спостереження структурних зм!н та зм!н ф!зичних власти-востей в обох склах тдчас розвитку в них релаксащйних ! ,кристал1зац!йних процес!в зд!йсншалося з допомогою сл1дую-чих експериментальних методгк.: I) рентгеноструктурного ана-л!зу з фотограф!чною рег!страц!ею (УРС--2.0). а також з вико-ристанням д!фрактометру (ДРОН-З. 0); 2) вим1рювання внутр!ш-нього тертя (ВТ) методом подв!йного складеного в1братора; 3) д1ференщйно-терм1чного анал1зу (ДТА) (дер!ватограф фхр-

ЫИ "РаиИк-РаиИк-Егс1©у") ; 4) ВИШ рЮВЭННЯ ГуСТОТЙ ШКНОМеТ-

ричним методом.

Викладено засоби визначення та вказано точМсть вим1рю-вання кожного з експериментальних параметр!в, що використо-вувались.

Третя глава роботи присвячена викладенню експериментальних результат!в вивчення к!нетики процессв СР закалених ск!л систем мео-А12о3-зю2 та вх-рь-зг-са-си-о в температурному 1нтервал1 склування.

Представлено одержат методом РСА к!нетичн! запежност! параметр!в аморфно! структури - максимальних !нтенсивностей гало (м <'отж)) 1 фону (1ф(»-отж)) - в температурному !нтер-вал1 склування для кожного з достджених закалених ск!л, як1, як це видно з мал. I. е немонотонними функщями часу, установлено, що немонотонне (под!бне до коливального) зм1-нення тдчас отжигу в интервал! склування зазнають також:

/

а ио я

. 1.«

I

4 1.20

О II) 30 Л)

ьа во го мип

3040 1.40

2940 з

ЗДО п Я 1ДЭ

я ь-н

29М> и j

1—1

О.

тпа "л.1-00

*—1

2640

жад оло

ю 20 .« М йО ВО

Ц*,«, МИН

б

Мал. I. Кпаетичш залежносл Скрив! I), гало

макимальних антеисивностей фону 1 тустили р

г/г „ (крив! 2)

т тисх *

У 1фис

(крива 3) дослхджуваних матер^айв, що отожгли в штерва-л! склування: а - закаленого окна системи м5о-а12о3-зю2 при 1073 К; б - закаленого скла системи в1-рь-2г-са-си-о яри

Б73 К.

■ МО

1.05

I .

• я 1.03

- 9.«

- - оло

- - ш

I-.. .X.,. ОЛО

10 20 X М 30 ео

I«™, мин

Мал. 2. К1нетичш залеж-ност1 твширини

В0.5/В0.5аСх Та бРеГ-

говського кута © закаленого скла системи МеО- А12Од- БЮ2 при температур! 1083 К.

Мал. 3. Кшетична залеж-шсть температури

склування при отжиз! закаленого скла системи

ме0 - А12Оэ - Б10„ 1073 (I), 1093 (3) 1 1103 (4) К.

-2 при 1083 (2),

твширина (в03) та брегговськ1й кут (©) гало (мал. 2. крив1 I 1 2), а також густина скла р (мал. 1а, крива 3). Одержат дат е св1дотцтвом того, що спостережуван! в температурному 1нтервал1 склування структурнх зшт в закалених склах не е початковим етапом кристал!зац11, а становлять самостИший релаксащйний процес зм1нення аморфно! структур«, що веде до И стабШзацП та зниження свободно! енергП системи.

3 використанням ДТА виявлено. що, залежно в1д тривалос-Т1, отжиг в температурному 1нтервал1 склування мохе не т1ль-ки тдвищувати температуру склування досл!дхених матер!-ал! в (що е в1домою ознакою впорядкування аморфно! структу-ри), а налить аномально знижувати II (мал.3), що вказуе на в!дносне разупорядкувашш структура скла на деяких етапах релаксац1йного процесу.

Вим1рювання внутришнього тертя (ВТ) ^ 1 модуля пружност! М (точн!ше - квадрата резнансно! частота складеного в!брато-ра Гр, пропорц!онального М) (див. мал. 4,5) дозволило встано-.вити, що I) при тдвидения температурах (нижчия за в1дпов1д-ну те) в пол! слабкого (е=6х10-8) ультразвука в закаленому скл! в1дбуваеться релаксащйний процес структурних зм1н, що приводить до впорядкування його структура (перемщення за-лежност! М(т) в область тдвищених температур 1 зникнення на тй аномалИ (крив1 2 1 2' на мал. 4)) зарахунок зруйнування в шй дефектних центр!в. що забезпечують ВТ; 2) структура закаленого скла являе собою широкий спектр груп з невеликого числа атом!в, що незначним чином в1др1зняються одна в1д одно! (ирисутш сть широкого недебаввського тку на залежност! <5( т) (мал. 4, крива 3)); 3) юнетика спостережуваного процесу СР скла в пол1 ультразвуку е немонотонною, хоча пхдчас цього процесу спостер!гавться загальне зниження ВТ та загальне тдвищення М (див. мал.5), що св!дчить про те, що. хоч СР розгортавться в час! через змитюч! один одного етапи в1д-носного разупорядкування ! впорядкування аморфно! структури релаксуючого скла» завдяки Н реал!зацП досягаеться загальне впорядкування аморфно! структури, причому спостережуван1 склада! структурн1 перебудови пов'язан! 1з зм1нами на еле-ментарному структурному р1вт, а саме: зм1нюеться стан знач-но! дол1 х1м1чних зв'язк!в, що !х реал1зовано у скл1, 1, в1дпов!дно, енерг1я м!жатомно! взаемодН в матер1ал1.

т, к

Мал. 4. Температурт залежност1 декремента затухания 5(1, р i 3) та модуля ripysHOCTi М (2 i 2') закаленого скла система Bi-Pb-sr-ca-cu-o в пол! ультразвуку в интервал! 293-473 К. Крив! III' в!дпов!дають одноразовому HarpiBy. 2 i 2' -дворазовому, 3 - багаторазовому.

о

t, пив

Мал. 5. К!нетичн1 залежност! декремента затухания СI) I модуля пружност! М (2) п!дчао отжигу закаленого скла складу Ш1 8РЬ0 22г2СаСи2°х ^ 473 К В П0Л* слабкого ультразвуку.

Сукупний анализ даних РСА, ДТА, ВТ та виы1рювань густини закалених ск!л, що релаксували в температурному 1нтервал1 склування, показав, що I) немонотонна (под!бна до коливалъ-Н01) специф1ка релаксац!йних функц!й, що олисують процес СР закалених слил в температурному 1нтервал1 склування, обумов-лена тим, що процес СР розвиваеться там як посл!довш.сть структурних трансформащй» як1 можуть мати як характер впо-рялкування, так 1 разупорядкування; 2) загальною тенденщею процесу СР е впорядкування аморфно! структури; 3) немонотонна Спод1бна до коливально!) к1нетика спостережуваного процесу СР визначаеться насамперед структурно-енергетичним станом скла, що релаксуе, тод1 як зовшшт дп (нагр1вання до тем -ператури склування, ультразвук) виконують функцш к!нетично! дестабШзацП заморожено! нер1внокажно! структури скла.

Встановлено, що отжиг обох досл1джуваних сйл в !нтерва-л1 склування в1значае подалыцу кристал1зац!ю: знижуеться активац!йний бар'вр утворення низькотемпературних кристатч-них фаз Сна 20% в скл! сШкатно! системи ! в 2 рази в скл1 в1смутово! системи - при -певних режимах отжигу)» перемщу-вться увесь температурний !нте-рвал кристал!зацП, на 20% тдвищуеться к1льк!сть надщхшдно! фази 2212 в спеченому з1 скла надпров1дников! в!-системи.

У четверт!й глав! представлено результата вивчення структурних зм1н, що вхдбуваюгься в закалених склах систем ме0-А1203-5102 1 в!—рь-бх—са-си-о при к1мнатн!й температур! гЛсля обробки !х 1МП.

Виявлено, що короткочасне д!яння 1МП на структуру закалених ск!л викликае розвиток в них при ймнаттй температур! тривалого процесу СР. Роль магн1 Импульсного д1яння в ситу-ац!'!, що розглядаЕться, под!бна до рол! терм!чно! обробки тдчас спостереження високотемпературно! СР в цих же системах (див. результата, викладеш. в трепй глав! роботи): об-робка 1МП виконуе функц1! к!нетично! дестаб!л1зац1! заморожено! нер1вноважно1 структури закаленого скла.

Як видно з результат!в, що 1х наведено на мал. 6-8, рела-ксац!йн1 функц!!, що описують виявлений довгочасний процес СР, мають немонотонний характер. Такого виду к1нетичн! за-лежност! параметр!в аморфно! структури ! структурно-чутливих властивостей ск1л, що релаксують при к1мнаттй температур!

а б

Мал. 6. Ю.нетнчн! залежносп максимальных Штенсивностей фону 1ф/1фисх (крив! I) 1 гало 1т/1тисх (крив! 2) оброблених 1МП достджуваних матер!ал1в при к!мнатн!й температур!: а -закаленого скпа системы мео-А12о3~5ю2; б - закаленого скла системы Ш-РЬ-Бг-Са-Си-О.

Мал. 7- К1неточна залеж-н!сть густини р/р0 об-робленого 1МП закаленого скла системи мео - А12о3 - зю2 при к1мнатн!й температур!.

Мал. 8. К!нетичн! залеж-ност! декремента затухания <5(1) 1 модуля пружносй М (2) св1жо-обробленого 1МП закаленого скла системи В1-

РЬ-Ег-Са-Си-О.

п1сля 1ЫП обробки, яйсно под1бщ до однойменних релаксащй-них функций, як! спостер1галися при вивченш. високотемпера-турно! СР. 1, як 1 остант, е св!дотцтвом того, що I) розви-ток процесу СР у час! пов'язаний з чергуванням етал!в в1д-носного разупорядкування ! впорядкування аморфно! структури ск1л (присутн1сть висх1дних ! спадаючих плок на залежностях 1С*-) ! 1.(1.) (мал. 6, а ! б)» р1ь) (мал. 7), <5(ъ) 1 г2(ъ)

т ф р

(мал. 8), ефект аномального зниження температуря склування т£); 2) конф!гурац!йт перебудови тдчас в1дкрито1 СР в1дбу-ваються на елементарному структурному р!вш - у найблизьк!-шому атомному оточенн1; 3) загальним напрямком еволщ!! аморфно! структури п!дчас спостережувапо! СР е II впорядкування (зниження <5 ! рост г^ (див. мал. 8)).

Встановлено ефект впниву обробки 1МП на процеси криста-шзаци в досл!джешх матер! алах, який полагав в зниженн! активащйно! енергП утворення в них перших кристаш.чних фаз пор!вняно з в1дпов1дним закаленим склом.

Викладено сучасн! уявлення про в1рог!дш мехайзми вза-емодП магттних пол!в з д1 амагн!тними матер!алами (до яких в!дносяться досл!джуван1 скла), а також виконано в!дпов1дн! перев!рн1 розрахунки, т баз1 яких показано, що одним з ймо-в!рних механизм!в може бути взаемод1я поля з параыагн1тними елементарними власними дефектами, значна шлыйсть яких. як прийнято думати. завжди присутня в закаленому скл!.

У п'ят!й глав! виконано аяал!з експериментальних резуль-тат!в вивчення йнетики процес!в СР. що в1дбуваються в дос-л!джуваних закалених оксидних склах в температурному !нтер-вал1 склування ! теля обробки 1МП при имнаттй температур!. Показано неможлив!сть !нтерпретад!1 одержаних даних в межах !снуючих моделей СР. Построено йнетичну модель проце-су СР, що II засновано на уявленн1 про СР як про багатосхо-довий посл!довний процес трансформаци !ерарх!чно организовано! кластерно! структури аморфного матер1алу за рахунок утворення ! взаемодп структурних дефект!в в ньому. Анаш,-тичний вираз, що описуе СР. отриыано з р1шення р1вняння ре-лаксацП для двохр1внево1 оистеми:

п - пр = (п0- Пр)ехр[-<Ъ - <1)

де п - в^дносна к!льк!сть дефект!в; п - р!вноважна концен-

тращя дефект!в; ^ - константа часу релаксацП утвореня дефект! в; п0- в!дносна к!лыисть дефект!в в момент часу в припущенш про те, що взаемод1я дефекпв ! утворення зав-дяки цьому кластер!в буде вшшвати на д!нам!чну р1вновагу в бок зменшення пр, що також зм1нюеться за законом (I):

пр0е*р[-а - Ь0>/т21,

(2)

де пр0 - р1вноважна в!дносна концентрац!я в момент т2-

константа часу релаксацП утворення кластер!в або переходу кластера з тепер1шнього енергетичного стану в наступний. Шдставивши вираз для п в (I), одержали:

П =• п - ^0>/Т21 + п0ехр[-<Ъ - г-0>/Г(] --

- Пр0ащ>[-(Ь - Ь0>/Т3Ь

где т3 х г2Аг± + т2).

<3)

Одержаннй вираз (3) ошсуе багатосходовий посл1довпий процес трансформац!I кластерно! подсистеми за рахунок змп1 у подсистем! елементарних власних дефект!в скла. Кр1м того, як

I

Т| Гц,

за те

Ш 10

Мал. 9. К!нетична залежн!сть максимально! !нтенсивност1 фону 1ф/1фисх для терм!чно обробленого при ПОЗ К заха-леного скла системи м5о-д12о3-ею2 , Крапками показано експериментальн! дан1 РСА, йтрйховою л1н1ею - розрахо-ван1 на баз! р1вняння (3) значения. У таблиц! наведено значения констант часу релаксацП т1 ! т.+1 для спосте-режуваного переходу системи з 1-го до 1+1-го стану.

видно з мал. 9, вираз (3) з задов!льною точшстю описуе екс-першентальн! релаксащйн! функцП СР (1ф( ). хоч вико-ристання одержаних з допомогою цього р1вняння значень констант часу релаксацП \ и т2 утруднено завдяки I) накладенню посл!довних 1 паралельних процес!в трансформац!! аморфно! структури йдчас СР в реальному склй 2) трудностей в !ден-тиф1кац!1 Шков релаксад1йних функц!й, пов'язаних 1з значною залежн!стю структури скла в!д його терм1чно! передисторП.

У висновках сформульовано основш результат!. як! одержано в щй дисертац!!:

1. 3 використанням к1нетичного п!дходу про1едено експеримен-ментальне досл1дження повед1нки закалених ск!л систем мео -А12о3-2ю2 1 в!-рь-5г-са-си-о в р1знях термод!нам1чних умо-вах, в результат! якого вперше виявлено, що а) короткочасна Д1Я слабкого 1МП викликае в обох досл!джених матер1алах три-валий процес СР при к1мнаттй температур1. яка на сотн! градусов нижча за в1дпов1дн1 1нтервали склування; б) процеси СР, що в!дбуваються в досл1джених закалених склах при к1м-натШй температур! теля 1МП Д1яния 1 п!дчас отжигу в температурному 1нтервал1 склування знижують. або тдвищують, за-лежно в1д тривалост!, температуру склування аморфних матер!-ал!в, що релаксували; в) обробка 1МП закалених ск1л обох до-сл1джених систем прискорюе утворення в них кристал!чних фаз завдяки зниженню активагцйного бар'еру кристал!зац11.

2. Встановлено, що релаксации. функцП. як1 описують диетику процес1в СР, що в1дбуваються в досшджуваних закалених склах в широкому д!апазон1 температур при терм1чному або магн1то1мпульсному д1янн1, мають немонотонний (годЛбний до поливального) характер.

3. Виявлено, що реал1зац1я як низькотемпературно! (виклика-но"1 1МП д!янням), так 1 високотемпературно! С спостережувано! при отжиз1 закалених ск1л) СР пов'язана з чергуванням етатв в1дносного впорядкування та разупорядкування аморфно! структури закалених скхл обох дослхдаених систем. Показано, що трансформация аморфно! структури п!дчас кожного !з спосте-режуваних процес1в СР в1дбуваеться иляхом елементарних кон-ф1гурац1йних перебудов у найблизькшому атомному оточенш..

4. Вюсонано анагаз законом!рностей к!нетики процес!в СР, що в!дбуваються при терм!чному ! магтто!мпульсному д!янт,

який дозволив зробити вйсновок про !снувашш загальних для обох процес1в законом!рностей !хньо! реаМзацП в аморфтй структур! досл!джених ск1л..

5. Залропоновано модель, яка пояснюе одержан! в робот! екс-периментальт результата про к!нетику процес!в CP з точки зору !снування едино! схеми реал!зац1! релаксац!йних струк-турних перебудов в закалених скпах. В рамках ще! к1нетично! модел1 CP розглянуто як багатосходовий посл!довний процес розвитку кластерно! структури аморфного матер1алу за рахунок утворення ! взаемодП структурних дефект1в в ньому, який приводить до зниження свободно! енерг!! системи i стабШза-Ui'i аморфно! структури. Встановлено, що умовою реал1зац1! такого мехашзму CP е наявн!сть спектру впливаючих один на одного структурно-енергетичних статв, тобто iepapxi4Ho! ор-гашзацп кластерно! структури аморфного матер1алу. Визна-чено, що роль зовшпших д!янь (наприклад, тдвшцення темпе-ратури експерименту, або обробка слабким IMID полягае, знач-ним чином, в к!нетичн1й дестабШзацП заморожено! структури закалених ск!л, осйльки енергетичне забезпечення процесу CP обумовлено природою закалених ск!л як термод!нам!чно не-pi вноважних систем.

Основн! результата дисертацП надруковано в сл1дуючих працях:

1. Алексеенко В. И. , Волкова Г. К., Попова И. Б., Константинова Т. Е., Дацко 0. И. Эффекты обработки импульсным магнитным полем аморфной системы Mgo-Ai2o3-sio2. //письма В ХТФ. - 1992,- Т. 18, ВЫП. 21.- С. 37-39.

2. Алексеенко В. И., Волкова Г. К., Попова И. Б., Константинова Т. Е. Роль структурной релаксации при кристаллизации в аморфной системе Mgo-A^og-Sic^. //УФК. - 1993.т. 38, N3.- с. 401-403.

3. Алексеенко В. И., Волкова Г. К., Константинова Т. Е., Попова И. Б.. Носолев И. К. Структурная релаксация магни-тообработанной oit 8рь0 zSz'2C3'Cu20x~ стеклокераыике.// ФТТ. - 1994. - т. 36, N6. - с. 1597-1602.

4. Alelcseenko V.I., Volkova O.K., Konstantinova Т.Е., Po-pova I.B. Crystallization effect after preliminary heat treatment in MgO-Al^O^SiO^ quenched glass.//phys. stat.sol.<a>-1994- v.144, N2.- p.271-275.

5. Alekseenko V.I., Volkova G.K., Popova I.B., Konstanti-nova T.E., Khartsev S.I. Microstructural evolution in magnetic treated MeO-Al203-Si02 amorphous system.// Proo. of the Intern.Conf.SPM'94- Riga, 1994- p.171-174.

6. Alekseenko V.I., Volkova G.K., Popova I.B., Nosolev I.K., Konstantinova T.E. Magnetic strengthening in Bi-based glass ' ceramics./ZProc.of the Intern.Conf.SPM'94.-Riga, 1994,- p.190-194.

Попова И. Б. Кинетика процессов структурной релаксации и кристаллизации закаленных оксидных стекол в условиях внешних воздействий. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07. -физика твердого тела (рукопись), Физ. -тех. ин-т им. А. А. Галкина НАН Украины, Донецк, 1995. Защищается 6 научных работ, в которых изучена кинетика процессов структурной релаксации (CP), развивающихся в закаленных оксидных стеклах систем Mgo-Ai2o3-sio2 и Bi-pb-sr-ca-cu-o при отжиге в температурном интервале стеклования и после обработки слабым импульсным магнитным полем при комнатной температуре, эффекты термического и магнитоимпульсного воздействий на процессы размягчения и кристаллизации в этих материалах, разработана кинетическая модель процесса CP в закаленных стеклах как эволюции неравновесной структуры стекла за счет образования и взаимодействия элементарных собственных дефектов в ней, благодаря чему достигается упорядочение аморфной структуры и снижение свободной энергии системы.

Popova I.B. Kinetics of oxide quenched glasses structure relaxation and crystallization processes under the external effects. The thesis as manuscript for competition on a candidate's degree (Ph.D.) on physics and mathematics with speciality in solid state physics - 01.04.07. Phys. & Eng.Inst. NAS of Ukraine, Donetsk, 199S. Six scientific papers are defended in which the following questions were investigated: kinetics of structure relaxation С SR) processes taking place in Mg0-Al2C>3-Si02 И Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O quenched glasses during their annealing at vitrification temperature or after the weak impulse magnetic field treatment at the room temperature; thermal and impulse magnetic field effects on the vitrification and crystallization in these materials; development of kinetic model for the quenched glasses SR according to which this process is considered as a nonequilibrium glass structure evolution due to the interaction between its elementary defects providing the glass structure ordering and the decreasing of system's free energy.

Ключов! слова: закалене скло, аморфна структура, структурна релаксащя, отжиг, магн1то!мпульсна обробка, кристайзащя.