Стеклообразование, стеклография, принципы организации и конструирования некристаллических структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи ШУДЕГОВ Виктор Евграфович

СТЕКЛООБРАЗОВАНИЕ, СТЕКЛОГРАФИЯ, ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И КОНСТРУИРОВАНИЯ НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР

Специальность 01.04.07 — физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Лихачев В. А.

Официальные оппоненты — доктор физико-математических наук, член-корреспондент академии естественных наук России Кирсанов В. В.; доктор физико-математических наук, профессор Мелькер А. И.; доктор физико-математических наук, профессор Порай-Кошиц Е. А.

Ведущая организация: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН.

Защита диссертации состоится » ^^С'-Ус1994 г.

в часов на заседании специализированного совета Д 063.38.21

при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ¿У^СбуЭ&1992^г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физ.-мат. наук

Васильев А. А.

ОШЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теки. В последние годы большой научный ин-■терес вызывает * себе некристаллические твердые тела, в которых отсутствует трансляционный дальний порядок в расположении - атомов. Сейчас, в результате развития техники сверхбыстрого охлаждения и ряда других прогрессивных технологий, класс материалов, не облада»№х кристаллическим упорядочением, существенно расширился за счет искусственного синтеза аморфных полимеров. органических и неорганичесгймх стекол, аморфных сплавов (металлических стекол СНС)) и аморфных полупроводников.

••• Несмотря на интенсивные исследования, получившие отраже-

• ние й многочисленных монографиях, обзорах и оригинальных работах. проблемы стеютообразования. стеклографии и природы взаимосвязи структуры с физико-механическими и химическими свойствам!! стекол, до сих пор остается, до конца не изученными. Более того, с открытием новых классов аморфных веиеств (АВ). и в

. . первую очередь НС, многие выводы и определения, полученные "ранее на основе исследования неорганических стекол, в настоя. аде время приходится суаественно дополнять, либо.полносты) пе-

• •реЪматривать. Последнее обстоятельство особенно сильно стало . проявляться с открытием МС; .Достаточно сказать, например, что

наличие, ковйлёнтного характера химической.связи стеклообразув-вдх элементов ¿ачаетув вклочалось'в качестве основополагаюцего критерия ¿..определение стекла. Открытие стекол с металлическим : типом химической связи сразу-же:показало;ограниченность определений а ваших знаний о стеклообразовании. В настоящее время уже получены некристаллические соединения для всех типов хими-. ческой связи."Следовательно,' тип;химической.связи не является ' первопричиной, образования" некристаллического состояния, как это считалось ране.е.

В последнее врем* в.физике аморфного состояния появились

• новые экспериментальные методики исследования структуры, в том числе.импульсные методы рассеяния нейтронов, малоугловое рассеяние, эффект Мессбауэра. метод протяхенной тонкойструктуры

• спектров рентгеновского поглойения ;и метод, рентгеновской дифракции с ; дисперсией по энергий." Хотя; указанные методики

позволяют достоверно идентифицировать, аморфные фазы, тем не менее ни'одна из них не дает . полной,трехмерной, картины, рас- У положения атомов (ионов) в достаточно ' большой области прос- . . транства. Поэтому' очень ваяно ■дополнить соответствующую. экспериментальную информацию о' структуре • АВ данными, различных моделей, которые'создаются с помощью ЗВМ на основе ряда структурных и . топологических ограничений. . Правильность модельной структуры проверяется на, основ? сравнения предсказываемых, ею результатов (парных и угловых корреляционных функций, структурных факторов, плотности и др.) с экспериментальным;! данными. .

..Ваню. отметить,:' что проблема .получения, „исследования, структуры и свойств некристаллических материалов является одной из интереснейших и до-конца не решенных задач физики конденсированного. состояния,, представляющая значительный интерес с точки зрения фундаментальной наукЛ, так как демонстрирует • влияние топологических п хишческих • скюбе.нностей неравновесной структуры практически на все ocaovdue свойства материалов. Причем наиболее остро такая ■ проблема, стоит в случае двух- и более компонентных систем,, где топологический и композиционный (химический) ближние,порядки в' расположении, атомов влияют, на. •разные классы свойств стекол, '.':' .Г. '•" '•;.. :: У. Л

' Цэяь и задачи работы.' Основная цель работы состояла" в • том, чтобы изучить . принципы организации некристаллических структур, включая законы Стеклографии, . • а. .такie возможности компьютерных экспериментов при конструировании и исследсвании структуры АВ; В связи с этим ..-решались'-.. следующие основные задачи:- ' ' '. '•■ ;'■ * У У; • : '..>. •'• 'У;' •" У' У;У

1. Исследование ролиДефектов дисклинацрнного типа в физике .. некристаллического состояния.';*' У.:'\."'.;; .'./:.:' '''

2. Развитие теории дксюшчаций для двух- и более компонентных: систем. УУУ-.У' У- "Уу У •••У'у ■

3. Создание достаточно .универсальных моделей структуры АВ,'. ; позволяющих с едини позиций описывать строение разных классов стекол (металлических, кварцевых.-полупроводниковых'и др.)i

4. Проверка дисклмяационных моделей'строения.АВ, включая двух-' компонентные системы, в компьютерны* экспериментах

3. Кош1ьптерг;С'5 конструирование материале!) с кекристалличес- . кс£ aTCMüoS структурой, У . У;

Научная новизна, В диссертационной работе впервые развита теория лнсклинааий для случая двух- и более компонентных систем. Показана эффективность использования моторного исчисления для. анализа дислокавдонно-дисклинационного континуума, включая динамику дефектов;

На основе тщательного анализа существующих теорий строения стекла доказана фундаментальная роль дефектов дисклина-ционного типа в физике аморфного состояния. На основе этой идеи созданы достаточно', универсальные модели, ' позволящие с единых позиций опксьгаать строение разных классов стекол.

■ Установлено, что принципы организации стекла на атомно-молекулярном уровне основываются на своих снмметрнйных законах ■ (законах стеклографии). Таковыми является, например, пятерные и семерные поворотные оси, вносимые в решетку дисшша- •

■ цияш." Такие элементы симметрии устраняет основной признак 'кристалличности - трансляционнур инвариантность решетки, что

по-суцеству и переводит кристалл в- некристаллическое остояние.

На основе компьютерных экспериментов показано, что стекло не является замороженной жидкостью, а представляет собой результат сверхсложной организации, связанной с зарождением, ростом и-самоорганизацией некристаллических'кластеров. ■

Показано, что 'компьютерные- эксперименты служат эффектиз-ным средством для конструирования некристаллических материалов "и последующего анализа этих структур с целью зыязления принципов' их [организация, характерных элементов симметрии и др, •

Практическая-ценность. Установленные в диссертационной . работе принципы организации стекла могут - слузгать ' фундаментом для разработки'атомной теории строения стекла.

' Предложенные универсальные модели строения1АЗ, могут быть использованы для описания структуры. и - физико-механических свойств различных классов стекол Сметаллических, кварцевых, полупрозодникозьк и др. 3 с. единых , позиций. .

Созданные на основе полученных результатов компьютерные фильмы, которые наглядно иллюстрируют фрагментации монокристаллов, ротационные механизмы пластичности', эволюцию кристаллической, дефектно-кристаллической и аморфных структур в условиях температурно-силовых воздействий, могут, быть использованы для

создания коипьютерных учебннкоз для. студентов вузов.

Разработанные компьютерные технологии конструирования ка-териаяов с некристаллической атоиной структурой позволяв? выбрать оптимальные реюнш амортизации кристаллов и. указывают на возможность целенаправленного Бездействия на структуру стекла с целыо приданий еыу заданных эксплуатационных свойств. Осногнке ггояотештя, выносимые на защиту:

1. Фундаментальная роль дефектов дискликациокного типа в 'физике аморфного состояния. ' .•

2. Возможность построения- универсальных моделей строения стекла на .основе диекгошационных представлений.'

3. Принципы организации стекла на атомно-ыояекулярнон уровне.

4. Эффективность-компьютерного'.моделирования при создании и проверке различна моделей строения АБ.

5. Возможность компьютерного конструирования' и исследования, материалов с некристаллической атомной структурой.

Апробация работы. Основное результаты диссертаций бкян представлены на:: .-. " ■ - • '' "- '.

9-12 Всесоюзных '.конференциях "Физика прочности и пластичности - металлов ц сплавов" -.(КуЯбьгдев, ■ 1979, 1981, .1933, 1986, 1089гг. ); II и III -координационном семинарах по .деферкацион-поыу упрочнению металлов и сплавов- (Барнаул,. 1979, 1981-гг.3; I ц IV Всесоюзных научных школах-семзгаарах "Аморфные металлы к сплава" (Донецк, 1981, .1950 гг. 3; .Всероссийском семинаре "Пластическая, деформация и актуальные проблемы 'прочности спла-•вов и порошковых материалов".(Томск, 1952г. 3; I,. II и ИГ Всесоюзных совещаниях "Физикохимия аморфных (ст^клообразныхЗ ме-. таллических сплавов" (Москва, 1982, 1983, 1985гг.3; Всесоюзной школе-семинаре ; "Физика, аморфных сплавов" 'Оковок, -1984гЗ;

IV к V Всесоюзных, конференциях по строению и-свойствам металлических к шлаковых расплавов (Свердловск, 1983, 1986 гг;3; Всесоюзном семинаре "Пластичность материалов и конструкций" (Тарту, 1585г. 3; Всероссийском 'секинаре "Роль дефектов, в физико-механических свойствах твердых тел" (Барнаул, 1985г.3;

V Репубяиканской конференции "Физика разрушения" (Киез, 1633 г. 3; Секции физики Технического университета (Дрезден, iöSGr. 3; Всесоюзном сешшаре "Планарние дефекты в, ' упорядочениях сплавах и ютернеталлидах" (Барнаул, 1987г. 3; Всессвз-

С

ных соаинарах "Строение и природа металлических и неметаллических стекол" С Игевск, 1937, 1939гг. ) ;. 3-й Всесоюзной конференции "Проблемы исследования структуры ацорфных металлических •'сплавов'' (Москва-,- 1988г. ) ;; Всесоюзной сзьш'иаре "Новая технология, физические процессы прочности и пластичности прецезионнкх кате'рмаяов" С Новгород; "1088г.-) ; : II Уральской хонференцви' ,"Пэ-ьерхнбсть îî • новые/материалы'* СИхевсх, 1988г.) ; Международном конгресса по стеклу (Ленинград,. 1988г.);. Весопзнол семинаре ,"Кинетика к• хермоданакака/пластаческой•'. деформации" (Барнаул, 1988г.); Уральской научно-технической конференции "Применение мессбауэровской' спектроскопии . в , материаловедении" (Ижевск, 1989г.) ;; II- Всесоюзном совеаашш. •"Мзтастабйяьнш фазовые•состояния", ■ теплофизическпе-. свойства и .''кинетика релаксации" ' ССвердлоьсх, 1S89T.'); . 'Международно« семинаре. . "Стеклообразное cocTosinie:1 молекуя'ярко-кикётйческий ' аспект" (Владивосток, 1930г. ) ;', I Всесоюзной конференции : "Кластерные материалы" (Ихевск;'IQQir: ); Всесоюзном'- сейинаре "Локализация пластической -деформации-в'аморфных, металлах и сплавах" (Рига, 1991г.); ' Всероссийской . сеагинаре , "Ультрадисперскке и неупорядоченные 'системы. Свойства и структура" (Пермь,-1391г.); I Международном-семинаре-"Эволсция дефектных структур в металлах/и сплавах"..(Барнаул, 1992г.-) ;• IV Всесоюзной . конференции "Проблемы '. иследовакия-.. структура-аморфных материалов" (Ижевск, 1992г.); .13, Международной'конференции '"Физика'прочности и пластичности'. металлов', и- сплавов" (Самара, 1992г. ); Всероссийском ■ семинаре "Машинное моделирование структуры-стекбл и расплавов".' (Новгород,' 1932г. ).; ; Петербургских чтениях, по проблемам прочности ' (С.-Петербург,-1993г.,) ; 1-й Российской универсатетско-академи-ческой. нкучнб-практической ..конференции'' С Ижевск; 1993г.); -XXIX Межреспубликанском семинаре "Функциснально-мекакические свойства материалов и .их компьютерное ' конструирование" (Псков, 1993г.);. IV и VI Всесоюзй&с семинарах "Структура дислокаций а механические свойства металлов и сплавов".; (Свердловск, ' 1937, :1933гг.). ,' '</. . ; '."■' :.г -, ..'/ .'..',

' . Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в монографии .и 47-ми'печатных работах, список которых приведен в ' 'конце автореферата. Кроме того, по теме .диссертации опублико-

ьано свцдб 50-ти тезисов докладов,: представленных на »^указанных .. Всесоюзных, Мезгрерлубликаиских к.-Международных конференциях .и .семинарах. • - ' '

. Структура и объем работы.. Дтссерта_ция .состоит из ' введения, пяти, глав,-.заключения и библиографического списка, включавшего 328 наименований.': Работа изложена-на 353 страницах ма- ' шинописного текста и содержит 171-рисунков и 4 таблицы.

. СбДЕРЖАШЕ-/РАБОТЫ -■'

: Во Еве^ении- обоснована актуальность решаемой проблемы и ' перечислены/основные/ нерешенные, задачи '. и .физике аморфного состояния-. .. ' , • ■

Первая глава диссертационной. работы;содержит краткий обзор шгёературюпс-- данныхсвязанных, с темой исследований. В, ней в соответствии . с тремя видами/^неравновесных процессов (газ , АВ, лидкость -» АВ; кристалл -+/ АВ) ;ьсо. основные .способы . получения*' АВ объединены в три-группы. Первая группа-'методов, полу- ■: .чения АВ объединяет-всеспособы, '/связанные с -закалкой :,,распла-' • вов (метод выстреливания расплава,/метод цорашл'И наковальни, метод спиниинговання;'-лазерная..'."оалалка и др. ), а-такае.-oqasoe-нием аморфных слоез из.: растворов:. Вторая группа- методов •/'полу.-чения - АВ связана с -ссаадением-атоков .из. гзгогса ..фазы, у а '.цао-сивную аокпошу: (ъахуушоё' напыление," • иимичоские. реакции в га- . совой- фазе,, катодное".распыление,"..осаждение..а -тлете* разряде). • Третья группа •• обьединяет ^/твердос^аэ'ные реакции '-'акорфизациа (понкая киплантацая, .цехшш^иая^'сбработка, брдьиао'пластические -деформации",-/ диспергирование.'и др.-3. • ..

Далее рассмотрена/ кинетика г.стекйообразования'и- _сбсунда-этся основные критерий .амортизации С стеклообразования): на основе критической скорости.охлаждения, 'приведенной температуры,-по виду, диаграммы ссстоякия/.Сналичие глубокой эвтектики, низкие температура .-плавлений); "-гесметрачекие, • хймические, структурные и электронные-критерий-.стеккоабразоьаггая.•

Отмечается, что':зная- определенные характеристики- .амортизируемого материала-, моею - в., принципе ' предсказать, склонность • сто <>. стеклообразсваки». К ссгаченгс, как пзлазал анализ утих критериев,-, все они , как. правило,- рабогсют гл'.::ь для ограничен-. ного класса соединений, и ни одни мэ. них не moist претендовать

■ на; универсальность. V ■ • . ■. - .-

: Вторая.глава начинаете»' с-обсуждений' функции' радиального . распределения- атожда5 СФРРАУ - основной'- экспериментальной' характеристики, используемой5 при исследовании атомной' структуры аиксстей и:АВ. Причем рассмотрели .как полные .- 4лггрСг), так и приведенпке (разн<3'стныс5'.-ССг)--=ЧпгвСрСг}" - р0Сг)Г и парные

• корреляционные (вероятностнш> д(г> = рСг)/роСг) ФРРА"; Здесь-рСг) - функция:-атешюй'плотности ;!а расстоянии г от от началь-

. яого прс:;зясль:-;о выбранного атома, РоСг) .- средняя" атомная плотность. Отмечается; что - ФРРА; V-являясь- пйескимк кривыми; .. хотя" я - язвт" возможность шгектифшшровать- аморфнее состояние, но в'-силу.- вышеуказанной*' . причины не?., позволяет'.. восстановит» • ' 'трехмерную- картину: расположение"' атеиов-- в ' некристаллических .. структурах. Подобная ситуация-;-.как"известно,- имеет"место при исследовании, структуры"-АВ на основе -других экспериментальных методик. Снеток: протяженной-тонкой^ структуры' спектров- рентгеновского поглощения; ■ эффект- Мё'ссбауэ'ра:и' др.). -Указанное обе, тоятельство'-привело к -тому'-, что" опр'еделяю-дуя'роль при исследовании структуры- некристаллических-' материалов стали играть модельные'-представления,- Такие колени создастся на основе ряда '.структурных; топологических,,, геометрических, , химических или .'■ спмгатри'Янкх- ограничен:!й.' Правильность модельной структуры - проверяется1на основа"сравнения предсказываемых ею результатов (парных и.'угйозкх корреляционных функций, структурных факторов, плотнотзг и-др..О с-'экспериментальными данными. '.,-. Далее .рассмотрены.-существуйте теории строения АВ: модели •. Захариазена;', Сериала, Гаскелла,- "модели на основе' полиэдров Фракка-Каспера'и др.'Особое' внимание- з. этой . глаза уделяется " понятию" поворотных дисл&каций "..Вольтерра" - . дисклинацяй, поскольку,-совремёнкке модели строения ."'АВ.-так или иначе основываются на этих-представлениях. . 'Затем обсуждаются дисклинацискнке

• новели' строения .стекла предложенные/ Ризъером,'Моррисом,' а так-.

. же 'модели- на-основе'-- дисклйнировайных.икосаэдров." В последнем. • случае показано.; что -патаэдры • Бернала:'и. .//Франка-'Каспера 'Можно получить введением-в икосаэдр- специфических ."-лолотательных . к . - отрицательных 72-градуснж.дискт^ прохо-

дят ' в этих полиэдрах - через . вершины^'- - имевака.-- как и в крис-

таллах, соответственно четверную и шестерную координация.Разумеется, такие дисклииации в икосаэдрах, насцотря на аналогию их введения с обычными диклинациями, не тоадестаенны классическим. ^Принципиальное отличие .их состоит в том, что в первом случае в качество системы с минимальной энергией С нулевой конфигурацией), выбирается икосаэдр,' а во'втором случае -.кристал-. лическое состояние. Кроме того, очевидно, что дисклинации в икосаэдра?, :в отличЦе от . кристаллов, в силу, своих точечных размеров-нэ создают напряжений. Разумеется, в указанной постановке задачи кристаллическое состояние можно рассматривать как дефектное относительно стекла,, обладающего . преимущественно. икосаэдрально/i структурой;'; '-■ ' - ■ "'■" „■ ; ;.ч ■

Еш,е один весьма распространенный способ описания- структ туры жидкостей и стекол основан: на 'использовании "полиэдров .Вороного, .которые являются / обобщением ■ ячеек ' Впгнера-Зейца на случай некристаллических систем..; Причем наиболее характерными' для структур АВ оказываатя полиэдры Вороного с ■'- пятиугольными гранями [la].. Такие структура с - элементами, пятерной; ■ сш^етрип с физической точки зрения 'можно такге ;оаисать lia основе .ДИс клинацконкых'представлений,' .'-.Ч ■//:•///'. '

- Наряду с рассмотренные выше полцтетраэдральнаш-. упаковками в плоской евклидовом пространстве. Е3 , в последнее времядля описания структуры АВ часто используют'я плотнш упазшвки тет-раэдрических ячеек в икризленних .'пространствах с последующим проектированием в ' EJ, -Идея такого-подхода-состоит в том, что структура АВ представляется в виде. кристалла в .подходящем.. 'ис-. .кривленном.лротранстве, - которое, й отличие, от ".Е3/--. ухе.-может быть заполнено, правильными тетраэдрами без зазоров.-. Причем-.од ни авторы■используют пространство с постоянной полокительной кривизной - трехмерную сферу JS3; другие :'».е отдают предпочтение, пространству Лобачевского с постоянной . отрицательной кр'ивиз-. ной Н*. В таких пространствах возникает расположение . атомов не свойственное для кристаллов,' вложенных в EV. В'/частности, в S* возможны атомные-конфигурации.;, -обладающие.'трансляционной инвариантностью при;наличии пятернкх осей симметрии. При вло-' гении - такого кристалла.из. S3 .или Н3- в .евклидово пространство, получается неупорядоченная система', которая отождествляется со структурой АВ. Проводеинйй в работе анализ различных способов

проектирования кристалла из искривленного пространства в плсс-

• кое показал» что.всё они неизбежно приводят к появлению дефек-' 'тов-дисклинационного типа,"

'.. Во всех рассмотренных выше' моделях структуры АВ дискли-..: . нации играли вспомогательную роль:' на их оснозе либо"' конструировали структурныеэлементы. АВ. С полиэдры Бернала, Фракка-Кас-•. пера к' др.)либо осуществляли распрямление искривленного ■

• пространства в плоское. Принципиальное различие раззиваемого в диссертации дискликавдонкого подхода состоит в том, что дис-

. . клинациям при введении з кристаллическую решетку отводится решающая роль в'формировании аморфного состояния. Введение ансамблей положителЬннх и отрицательных дискликаций в такие ре-

■ шетк»,.- с одноД. стороны, .приводит к-образованию экранированных . систем, ■ состоящие йз.. диполей, квадруполей и ыультиполей дис-

клинаций.-' Хорошо известно,' что именно это обстоятельство позволяет, орердолеть:. трудности, связанные с расходимостью энергия даскякна1ш'й пр5г увеличении размеров кристалла. С другой сторож ни> дискланашт вйосят в репетку - риманову кривизну и козие .• элементы симметрии - пятерные и семерные поворотные оси, запре-•аенЕые з крясталлай законами. кристаллографии. Последнее обстоя-'■' тэльстбо устраняет в.'решетке трансляционную- инвариантность,. . ''что я;'сду*ят; чю'-ивеиа».. '-автора', основной причиной перейода " кристалла'в: аморфное состсякие. Так, если а кристаллическую : решетку вдоль.' гексагональной оси перпендикулярно плоскости чертежа ввести систему положительных и отрицательных 60-гра-. ' дускых дисклинаций наклона, то в результате образуется неупорядоченная двумерная сетка: атомов, представленная на рис. 1.

■ Видна, что-Исходная конфигурация атомов преобразуется в. очень сложную структуру,- в которой хотя и преобладают шестерные

• .. кольца',, дальний порядок полностью отсутствует. При вниматель-

ном рассмотрении рис. 1 можно'увидеть наряду с характерными

■ шесгериыкк кольцами , семерные и пятерные кольца, через которые как раз и проходят соответственно отрицательные и положительные яискпкиации наклона. Из анализа ркс. 1 можно сде-

. лать ряд важных выводов. Представленная модель наглядно пока-• зывает, 'как кристалл превращает* за счет дшипшаций в некрис-

■ ■.';. талличвекое веяеетво: "кристаллографические" плоскости и на-

правления оказываются сально изогнутая. Кроме того, наблюдается характерное ветвление плоскостей, совершенно не типичное для "нормальных" кристаллов. В системе атомов в целом сохраня-. ется ближний порядок, аналогичный таковому-в кристаллах и, как. нетрудно убедиться, просматривается определенный порядок в не-' скольких следующих координационных сферах. Поэтому можно сделать заключение, что структуры,' подобные • изображенным на • рис.. 1, должны давать характерный средкеугловой дифракционный . контраст на рентеногракмах или. электроногракыах; содержащих-одно ила несколько кольцевых гало в.. зависимости от. платности дисклинацнй.' Именно . такие' дифракционные явления1" характерны-для АВ. Наконец, приведенная схема убеждает б совершенной не-Бсзко.щост;; кристаллизации подобной ' ■ структура ■ только путей ближних перегруппировок атомов Сдия. этого нужна глобальная ле,-.

Рис. 1. Структура АВ,/полученная введением в гексагональную решетку положительных и отрицательных' 50-градусных дислсинаций наклона . • •'

ретасовка всех атомов). Более того, этой структуре должны быть свойственны: способность к формировании отрезков линий скольжения, подобных кристаллическим, но конечной протяженности; склонность стекла к кристаллизации во время значительных деформаций за счет аннигиляции положительных и отрицательных дисклинаций; склонность кристаллов в стеклование при их интенсивном деформировании за счет появления дисклинаций деформационного происхождения. Отмечаается также возможность существования б подобных структурах различных дефектов, в том числе совершенно нетипичных для кристаллов. .

Важно отметить, что поверхность на "рис. 1 в действительности не является плоской, поскольку положительные и отрицательные дисклинации создают в решетках соответственно положительна и бтрицательну кривизну. Далее в работе обсуждаются примеры двумерных и объемных структур, полученных учетом вносимой дисклииациями кривизны. Особо отмечается, что влияя на уловое распределение дисклинаций по вектору Франка и линиям их залегания, можно, сохранив стеклообразное состояние, существенно изменить структуру стекла и сообщить ему характерную крис. таллофизическую текстуру. Как известно, тонкие стеклянные нити действительно обладают текстурой. Аналогичные результаты в последнее время получены Также для МС.

. Для обобщения дисклинационной модели на случай двух- и более компонентных систем необходимо знать специфику расположения атомов разного сорта вблизи ядер дисклинаций. При введении дисклинаций в двухкомпонентные соединения, в частности в сверхструктуры, в отличие от однокомпонентных соединений, возникает ряд специфических ообенностей, обусловленных понижением симметрии решетки за счет введения второго компонента. Так, например, поверхность склейки берегов разреза при введении дисклинаций может оказаться физически выделенной из-за возникающей там антифазной границы. САГ), которая примыкает к линии дисклинации-. В работе подробно:обсуждается эта проблема применительно к различным структурным типам решеток: в решетках типа НаС1, в сверхструктурах замещения и внедрения на основе ОЦК и ГЦК решеток, в гексагональных решетках типа ШАб, КЬЫ, СивСа, 510а и СлМ, Примером, когда АГ в решетке при введе-

ник дисклииаций не образуется, модет служить решетка кварца. Схема расположения атомов кислорода и кремния в ■ кристаллическом кварце показана на рис. 2а. Если в эту решетку ввести положительную и отрицательную дисклинации наклона по ■ стандартной методике, то в результате образуются структуры, представленные на рис. Нб и 2в. Из приведенных рисунков видно, что какдый атом кремния здесь по прежнему, имеет тетраздрическое. окружение из атомов кислорода Сна приведенных схемах изсбраке-ны только три атома из четырех). Причем атомы кислорода, как и

°о<ЦЭо

о ~.р

0.0Р 5с;-,

о Чс'л о'С> <> ^ Чо»о.о"о4) Г,

1.о

о1

о

р'о

о О й

Рис. 2. Плоская схема расположения атомов кремния (<&) и кислорода Со) ь решетке кристаллического кварца Са) и в кварце, содержащем положительную (б) и отрицательную Св) 80-градусные дисклинации наклона в случае кристаллическоо кварца, образуют шестерные кольца, за исключением атомов, расположенных.непосредственно Еокруг ядра положительных и отрицательных- дисклинаций, где эти кольца состоят соответственно из пяти и семи звеньев. • Если в кристаллическую решетку кварца Срис,' 2а). ввести систему положительных и отрицательных 60-градусицх дисклинаций наклона с учетом установленной на рис. 2 б,в специфики расположения атомов кремния и кислорода вблизи ядер дисклинаций, то в результате получается неупорядоченная решетка, которая представлена на рис. 3. Из прицеленной схемы видно, что топологический и химический ближний порядок в данной модели в основном остается аналогичными кристаллическому состоянию. Вместе с тем в местах выходов дисклинаций в реыетке появились новые элементы симметрии - пятерные и семерные кольца связей, которые в обычны; кристаллах ьапревдни законами кристаллографии. Благодаря зтому обстоя-

тельству трансляционный дальний. порядок здёсь полностью отсутствует. . Следовательно,. такая структура может восприниматься как кварцевое стекло., В. рамках этой модели, как показано в работе, удается Объяснить все . основные свойства кварцевого стекла,

■ ¿ОС

- о о й, ь-о.о <>л

)°о о О 6° °.0'о.о'в.о«о.о,од0 о 9 9, г?Ь.0.

о°° о о^ &О'о.о^ о0* 1Ъ о*0* о п'вь № о

О О О а. О ДЭЪ О-ОО О» О ' «О» в,в'( „,о

. . ¡Рис.- 3. ' Дисклйнашгоняая модель строения кварцевого стекла в том числе-природу биений плотности стекла. Предлагаемый подход допускает. возможность описания также более сложных стекол, в частности, трех-и более; компонентных, а также стекол, со-держапих.модифицируваие добавки. Для этого необходимо провести соответствуюиее декорирование модели необходимыми элементами с учетом возможного обрыза мостиковых связей. Важно отметить, ^о при-уменьшении, расстояния между дисклйнациямп, что равносильно увеличению их•платности».диклинационная модель строения кварцевого стёкла в пределе'переходит в хорошо известную структуру стекла:по Захариазену, ^ При. увеличении расстояния между дисклинащшш упорядочение V системе возрастает, что в свою очередь приводит к появлению в решетке среднего порядка.

Таким образом, варьируя плотность положительных и отрицательных дисклинаций удается ;описать более ■ широкий класс стекол, нежели по Захариазену, модель которого является частным случаем' дисклинаднного. подхода.

:" По аналогии с кварцевым стеклом можно получить неупорядоченные решетки в полупроводниках.. На рис. 4 в качестве такого

примера приведена решетка баАз с ансамблем попозитеяьних и отрицательных 60-градусных дисклинаций наклона. Анализ полученной схемы показывает, что основное отличие аморфного состояния полупроводников от кристаллического состоит в тем, что здесь, как и в случае с кварцевым стеклом, появились участки, имеющие локальные пятерные и семерные поворотные оси. . Кроме того, наблюдаются отклонения валентных углов Скак в большую,.так и в меньшую сторону) от правильного тетраэдра С109°28'). Непосто-: яшшми оказываются также расстояния между ближайшими, атомами; вблизи положительных дисклинаций они меньше длины: связи в. кристалла, а вблизи отрицательных. - . больше. Эти результаты хорошо согласуется с экперииенталькыыи данными. '

Рис. ,4. Решетка GaAs с ансаиблем положительных и отрица-. тельых 60-градусаых дискшшаций наклона..' Вид со стороны плоскости (110) Структуру в аморфном, состоянии, 'подобную приведено!! на. рас. 4, по мнению автора, имеют также типичные полупроводники - гиканий и кремний, а также такге углерод в модификации ал-, ыаэа. Отличке последних от GaAs состоит в том, что . здесь имеется всего лишь один сорт атомов. . Разумеется, при таком общении модели в реальной ситуации необходимо знать соотно-áShiie пята-, шести- и ссшзгевних колец, что с физической точка эрышй акьи.валентно 'наличию в решетке дикпинаций определен-, ной uoiaoora. Так, например, в кварцевом стекле, по данным ма-'

■ шинного моделирования, соотношение пяти- и-шести'звеннот' к'ойец: . составляет 1:2,6; в аморфном кредаки 1:4', а-з;'аморфном' германии пятя-., шести- и семкзвенные кольца относят'я как 4:9:10.

;. Таким образок, на основе дисклкнациокнкх представлений' ыбж*

• но с единых позиций описать строение разных классов стекол.

' .Учитывая, что дислокации и дисклинаций з стехло -ккёЪг очень большие плотности 10'3 - 101* cu"®}, то описаний' по. добных структур целесообразно проводить з рамках континуального подхода. 'В работе показано,' что все- основные соотношений!4

■ континуальной' теории дефектов, включая тензоры плотностй-'

- - ЬЙСЛ0Хаш,й . «V-J " A-i i cíj - 6fcj »п + *п

н дисклинаций. Bt< = -. е^ j v¡ . (где • и пластичес-. кая' деформация л пластический язгйб-кручечения, efcU - тензор , Левй-Чквкты, 5fcJ - сиюол КронекераЗ когут быть получегы естественным образок (автоматически), если использовать для . этого" аппарат теории моторов. Последние представляют собой ' геометрический.образ.-включающий одновременно пару векторов Ва я Аа, преобразуваихся по закону

... .Вв(0\)--.Ва(0), Ай(0'Э = Аа(03 + е^В^СОЗ

Здесь г°0'- радиус-вектор, соединяющий точки приведения 0 « 0'.

- В. работе показано, что тензоры плотности дислокаций а :я дис-.'хликацяй -8. могут' быть получены соответственно из тензора кря-.< вязки Рикана Крястофреля и-тензора картакова кручения

S^* простш понижением йх валентности, то. есть сверткой этих тензоров с тензором Лези-Чизиты по тем парам индеков, по которым. ока антзсякметр'лчкы: ¡

- дпр = R-f , а™> С1/2) е«"* S¡¿* .

То обстоятельтвб, что тензор кривизны Римана-Кристоффеля

• я" тензор картакова кручения' образуют мотор Спосле соотвествуя-,.' aero понижения их валентности), позволяет усмотреть глубокую

•формальную аналогию между аппаратом механики сплошной среды, с одной стороны, и геометрией пространств г с другой.. Действительно. моторами являютя такие пары как векторы Франка и Бюр-герса, тензоры плотности дисклинаций и дислокаций, повороты и . смешения, изгибы-кручения и деформации, силы и моменты сил, силовые и моментные напряжения, плотности петель дисклинаций и

дислокаций и т.п. Следовательно, фэркальцо-математическае про- ■ цедуры над ними совершенно идентичны, как идентичными получаемые следствия, например,, если установлено, что дисклинации по- , рождают дислокации, то дисклинационаые петли долены порождать, дислокационные петли, изгибы-кручения - деформации, .силы - но-' менты сил «гг..

Из формулы, устанавливающей взаимосвязь тензоров Римана-. Кристо$$еяя и плотности дискяинаций непосредственно следует ¡принципиальная.эквивалентность подходов, предложенных для описания .структуры АВ на ос!Юзе^ искривленных пространств и. теории-дасгсликаций. .-Вместе с тем, как показано в диссертации, модели '.основанные на пространствах 'постоянной кривизны эквивалентна частному случаю -дисклинацконной■ модели,' в которой.вместо девяти компонент-тензора плотности, дисклинац',1й остаюгя всего, лишь три, соответствующие клановым дисюшкацкям.

Из вышеприведенных.рассуадениЯ следует, что в.одаем случае некристаллические структуры деланы списываться на' основе '■-рнигнових геометрий, тензор кривизны з которых является ' пере- , ценной величиной; изменяясь непрерывным .образом'от положитель-' $0,3 кривизны через промежуточную.нулевую к отрицательной. С •' ,физической точки зрения это обстоятельство' соответствует случаю, когда■ модель охватывает-' все многообразие, • дискяинаций,'. включая дисклинации наклона -и кручения, 'причем как пологпт.ель- . лые, так и отрицательные.:;Ймэнно такой случай и реализован - в -данной работе. Особо подчеркнем, -что среда, сСдержаадя дефекты. является дефектной в.пространстве Евклида'.' -Если, однако, -ез рассматривать в римансвой метрике, понятие дефекта,- как'ухе отмечалось выше'; теряет смысл-и кристалл следует воспринимать как бездефектный. Зта идея была й пояодс-на ранее ь основу .ана- ' лиза природы аморфного состояния. Здесь .»е. данное'.-заключение пепосредстеенно вытекает из- строгих математических преобразо- • ваыий,- . ,. . .■ ;';:",-., -:'".'-.',.■-' -■ ';' -. '/У-- "•"'"' .

О третьей главе рассмотрена;методика проведения компьютерных экспериментов,, дается -обоснование .выбора потенциалов,. . приводится методика .расчета псевдопбтенциалов. по. схеме' ХеЗне-АйарецковатАнкм^ву,; -а также графический вид. рассчатанных та- ■ к«и способом .потенциалов. Отмечаете.-!, что- основные результаты работы, связанные о : компьютерным моделированием, по-

лучены .методом, молекулярной динамики С МИЛ). Сущность этого ме-.' тода состоит э том/ что поведение заданной совокупности атомов • списывается в рамках классической механики' системой обыкновеп-ных дифференциальных уравнений движения в'форме Ньютона (реже Лагранжа илй Гамильтона) ,,численное, решение . которых осуаест-. ' вдяётся. на. ЭВМ., В нашем случае система уравнений движения для ,11 атомов имела вид: . -

Я

<

. •*

' V. ,

г,с?,г - - Е-

<1?,

1,2,3.. л»

где.. У1'--вектор скорости атома с индексом 1; - радиус-

вектор атома".с индексом 1; ¡^ (,?1 ) - сила, действующая на атом с индексом 1; ' - потенциал парного взаимодействия атомов с индексами'д-. и';■ . .' '

•.С точки зрения, вычислительной математики решение вышеприведенной скстэш уравнений; представляет собой задачу Коши. Яля ее-решения: разработаны различные алгоритмы. В данной работе, численное, решение -уравненШГ.находили методом Эйлера 2-го порядка [2а].. Далее приводятся основные - формулы, используемые з ММД для расчета координат и -скоростей., кинетической и потенциальной энергии, давления и др.- : .

Аканта алгоритма.нерасчётных фор?^ул }Ш показывает, что ■ основное, машинное время; зде'сь" затрачивается • на - поиск бяижайдах к ладвсиудг :атрыу';^едра-'частщ''>и -на \ обработку- акта их взаимодействия. В. настоящее время-имеются различные - прсграгяйг, псз-'зслающие ускорить'- процедуру -таких расчетов. Наиболее опткмаль-. ней -из них,' с, Нашей течки -зрения, является алгоритм Михайлова 13аУ; ; Именно поэтому этот алгоритм положен в основу' программы !Щ£2а] .пепольз'озаккой нами при решении задач.

;-. Дальнейшая оптииизация Бреме'п'нж затрат в КМД связана с выбором потенциалов мехатоиного взаимодействия. ■' Для упрощения . вычислительной процедуры . обычно постулируетя, что энергия

кристаллической. решетки определяется- только расстоянием. "междуатомами, то есть используется 'концепция потенцкадоз' парного , взаимодействия СППВ) . . .Отмечается, что чаще всего'в рамках ука- "-■ : зашшх приближений используются ППВ в форме ' :Лэш1арда-Дзшса,. Морзе и Борна-Майера. В диссертации '.-имеются примеры решения-, задач бо всем»ь перечисленными ППВ. После .-подгонки.'тс .соответс-- ,. твуюи'им экспериментальным данным'(яостоякпой. решетке,..- упругим , константам, энергии сублимации и т. д,-> :о?ш.'вполне удовлетвори-., тельно описывают основние.свойства металлов. • ... '1 ','•' - Для наиболее корректного' описания свойств металлов потек-циаш межатомного взаимодействия.рСг) должны .-рассчитываться ■ на основе квантово-механ'ических представлений; При этом полно- '; вне функции электронов- должны- удовлетворять' уравнению . Шре- .-'. длнгера: . '.. \ ,-,,-,- - -; •■•;:.•''•:. ■■ .

■ = ГГ '= Е^ ,' - - .-.. . - •' . ф' .- '-

где ¡рСЙ - самосогласованный' -потенциал,'' дэйстзуЬзшй...ва•'.отг '..':'. дельный электрон в зоне проводимости; ! = —'ГГУ^ЗШ,- оператор...', кинетической энергии,, остальные, обозначения'стандартные.. 'После . ■ V разложения волновых функций '..'-валентных- олектроков по.'.'плоским . . . волне:-?. ортогокализирбванним. к . волновым функциям внутренних ., оболочек, и подстановки, результата разложения. ® в формулу 'С1) С'/-'получаем выракэние.-'- -....'.- ' ■' ; :. .- •"".•'■' ' -..' .'•'• •'.'./• ■•:.'.:- ст.+ щ] = Щг; ■ • •"•' .- . 42)'.. -

где ^ - псевдоволноеал Функция; У - .эффективный пЪтешш&л,. • получивший название'"псёвдопотенциала' (ГШ)... Такая.эамека'.истин-. цего потенциала электрон-ионного взаимодействия- па : слабый. ПП -позволяет для описания.электронной подсистемы, использовать хорошо развитый аппарат, '''теории/во.зиуаднйй..:- Кроме 'выбора-ПП -на' • форму, потенциала, оказывает влияние.-также, аффекты-■ обмен,а ..а кор-у реляции электронов проводимости. 'Последнее'обстоятельство-.учя- .. '.'¡лается с поыоцью • обаошо-кбрреляГшоЫоа-гфункции Т (4)'!. -В иа'с; тояаов времв.'имеютс'я раэвачггыэ ыодольные.ПП'.(-Ааисрофта, Кр&ско--.', -Гурского, Шоу> ' Хейке-Абаренксва-'Анииалу) иобуенно-корреляца- .. пзит'шв поправки . Г(д) -(Хаббарда.-Ееыа, .Вашкста-Саигви'-,- "-.Шоу й др.-);- Правильность выбора того-или иного '•"'ПП' "осуществляется тестированием ПП с выбранной функцией; ГЦ), по максимальному ',. «иду списываемых' вма' фйэ'иче.см1Х' свойств.. Как показано автора— .' ».:: иа]. указанным 'трьбовайияы •' лучи© врего удоьлотьорлш'' по-*' -

тенциалы, рассчитанные по схеме Хейне-Абаренкова-Анималу (ХАА) с обменно-корреляционной поправкой в форме Шоу. Так, например, авторами [4а1, рассчитанные по вышеуказанной схеме ППВ были тестированы на расчете основных физических свойств (упругие модули, фононные спектры, электропроводность и т.д.) практически всех s-, p-, d -металлов. Расхождений с экспериментом оказалось v 10v для s- и р-металлов и ^ 3054 дня d-металлов.

Важным преимуществом теории псевдопотенциалов является возможность его использования для описания не только идеальных кристаллов и дефектно-кристаллических структур, но и жидких и аморфных металлов Соответствующие обоснования на' этот счет сделаны Гурским [5а].

Далее в этой главе приводятся основные соотношения, используемые для расчета ППВ в системах металл-металл и металл-неметалл По схеме ХАА с функцией экранировки Шоу. При этом ППВ между ионами металлов рассчитывали по методу псевдопотенциалов как обычно, а ППВ металл-неметалл - используя метод функционала плотности в рамках теории псевдопотенциала. Затем приводится графический вид псевдопотенциалов в системах Ni, Fe. Fe-H, Fe-C, 'Fe-Mu, Fe-Йп-Н. Fe-Mn-C, Fe-Cr-N и Fe-Cr-C,

v-ю'Ълr

Fe + N; 4 - Fe ♦ 504 Mn и Fe ♦ S* N

рассчитанных в райках указанных приближений. Важно отметить, ППВ Fe-Fe сильно зависят от процентного содержания тех легирующие элементов, которые изменяют плотность свободных электронов системы. Указанное обстоятельство хорошо видно из рис. 5, на котором представлены ППВ. Fe -Fe в чистом железе и. в сплавах Fe + 15% Мл, Fe + 25* Mn, Fe ♦ ЗОЯ Мп, Fe + .55; Сг, Fe t 254 Н, Fe t N. Видно, что замена , железа трехвалентным хромом практически не изменяет ППВ Fe-Fe, поскольку средние валентности и плотности в этом случае одинаковые. Однако, добавка двухвалентного марганца заметно изменяет плотность свободных электронов и; следовательно; Fe-Fe взаимодействие. •Влияние никеля полностью аналогично влиянию марганца, а эффект, от введения азота - добавлению марганца или никеля.

„ В четвертой главе представлены результаты проверки /дис-клинационных моделей строения АВ в компьютерных экспериментах. Неупорядоченные сетки атомов", полученные во второй главе на основе дисклинаииоиных представлений."волевым способом" (из геометрических соображений), являются сильно неравновесными. Для получения равновесных атомных конфигураций эти структуры при заданных межатомных взаимодействиях должны быть'отрелаксирова-ны на ЭВМ к состоянию с минимальной энергией. В .. процессе релаксации, как показали компьютерные эксперименты, происходят мощные атомные перегруппировки, в ходе которых большинство дисклинаций, искусственно введенных.в решетку, диссоциирует, как и ожидалось, на диполи диклинаций и ансамбли, дислокаций.. Так, после редакции структуры, изображенной на рис 1, методом молекулярной динамики с ипользбванием потенциала Морзе, количество атомов с координационным числом Z '= 5 возрастает с 18 до 52, а с Z = 7 - с 16 до 50. Подобные результаты получены вами при релакации гексагональной решетки с дисклинациями с использованием модифицированного потенциала Лэвнарда-Джонса.-Анализ ФРРА для отрелаксированных структур показывает, что они . действительно обладают всеми признаками стеклообразности.

Аналогичные компьютерные эксперименты были проведены на двухкоыпонентнкх соединениях Cu^Au и Ni^AI, которые в исходном состоянии были упорядочены и имели структуру [Л. Для формирования исходной неупорядоченной структуры была попользована

обсуждавшаяся выше дисклинационнзя модель строения стекла. В соответствии с этой моделью в структуру L1 вводила б положительных и 6 отрицательных. 90-градусных дисклинаций наклона, так.что в исходном состоянии расположение атомов в обеих конфигурациях было одинаковым, а обаее количество атомов в решетке составляло 497. Существенное различие моделей состояло лишь в потенциалах Морзе: у Cu^Au взаимодействие атомов Au-Au было более сильным, чем у Cu-Cu и Cu-Áu; у tli^Al, наоборот, взаимодействие разносортных атомов Hi—Al преобладало над Ni-Ni и Al-Al. Затем для получения равновесных конфигураций обе структуры релаксировали на ЭВМ с помои-ьо безградиеитной прямой минимизации функции многих переменных методом нелинейного симплекса. Релаксации осуществляли при свободных граничных условиях, разрешая.перемещаться атомам только в плоскости решетки. После завершения релаксации получали устойчивые плоские сетки атомов, которые представлены на рис. 6. Полученные конфигурации показывают, что в процессе релаксации происходит достаточно глобальная перегруппировка атомов, в результате которой первоначально квадратные решетки округляются и, кроме., того, наблюдается сильное расслоение атомов по составу. В релакса-рованном состоянии, как следует из топологий расположения атомов и анализа парных корреляционных функций (рис. 7), в целом сохраняется некристаллическая структура, хотя имеются небольшие участки практически с упорядоченным расположением частиц. Такие участки подобны ультрамелким зернам поликристаллов, однако, в отличие от.последних, в данном случае между "зернами" не имеется явно выраженных границ, а осуществляется непрерывный переход от одного "зернгГ к другому. Причем в решетке Cu^Au эти "зерна" несколько крупнее, чем в Ni^Al. Указанные различия в структуре стекол, очевидно, обусловлены особенностями сил межатомного взаимодействия в этих системах.

В процессе релаксации плоскости (001) исходной ГЦК решетки перестроились в плоскости (111) с шестерной координацией, При это<< 90-градусные дисклинации, соответственно, преобразовались в ВО-грздусные. Последние на рис. б расположены в местах отклонения атомных рядов от прямолинейности.

Если в процессе релаксации атомам предоставлялась возможность перемещения вдоль всех направлений, в том числе в на-

, :

° о оТ о Л 0°° " ° + + О ^

* + о "> о о

> о

о о а о ■ + ° + о и о + +• с» о о ,

+ + + ""о"» о

: о + о о + + » + 7 + +т+ в о +т + + ° о о

+ о о ^ о о + +.г. т+ + +. + + + -г О О о I ООО + о + о + + + + +т+ооо.р1

>1" + * /о

+ + о ° + + + + о о + + + + °?о ° + ° I

^ ° + + О о + ° ° + о 4 ++ + о + ° „

о о о ° о О

XI лнгар.)

I.

+ т + + +

о О + т + + в + о -!- + +

.+ + + . 0 О О 0© + « О + + О в + т о +. + + о

.в+ + ОвОввОв + ОООввввС + *■

+ О О О О ООО о о + о о + 00 + 00++ +

. + + о + о о » ' V» 4 Л + о +<Л° + * + о о + + 0+о+о+00 + 0оХ° о Оо + + + +

.....13

х1/нпл?.!

Рис. б. Схема расположения атомов в структуре Си Ац Са) и Н^А! С<3) после полной релаксации система

о т

правлении, перпендикулярном плоскости модели, то решетка кол-лапсировала с образованием искаженного эллипсоида. В частности, такие результаты получены нами на двуслойных моделях Си^Аи. Расположение атсмов з сечениях эллипсоида показывает, что здесь, как и в предыдущем случае, происходит сильное расслоение атомов по составу. Для отрелаксированной модели были рассчитаны угловые и парные корреляционные функции, гистограммы распределения числа ближайших соседей, локальные микроскопические напряжения, локальное изотропное давление, отклонение от сферичности и др. В частности, из анализа парных корреляцион-онных функций следует, что неупорядоченная структура, полученная в результате вышеуказанной процедуры, действительно обладает всеми признаками стеклообразностн. Интересно отметить, что типичные некристаллические кластеры- в отрелаксированной модели состоят из пяти- и семизвеиных колец, соприкасающихся своими плоскостями.

Рис. 7. Парные корреляционные функции для отрелаксированной структуры Си^Аи 'Гакам-образом, анализ полученных результатов показывает, что введение дисклинаций в кристалличесхуз решетку и последую-иая еэ релаксация на ЭВМ действительно приводят к амортизации системы. Причем дисклинации не.исчеззот в процессе структурной релаксации, сохраняя в решетке не характерные для кристаллов элементы симметрии, что и обеспечивает, по мнению автора, ус-

тойчивость стекла против кристаллизации. Следовательно, в отличие от других дефектов, дисклинациа являются внутренне присущими атрибутами аморфного состояния.

В пятой главе предстазлены результаты компьютерного конструирования материалов с некристаллической атомной структурой. Вначале рассмотрены особенности процессов стеклования в системах Ре, Ре - 5'л В и Ре - 30'/. Мп. Межатомное взаимодействие во всех перечисленных системах описывали псевдопотендаала-ми, рассчитанными нами по обсуждавшейся выше схеме ХАА. После поэтапного нагрева кристалла до температуры плавления и выдержки в расплавленном состояний проводили ступенчатое охлаждение всех расплавов со скоростью 5-10' * К/с. Кроме того, для учета влияния скорости закалки на структуру, ¡систему Ре-бО^, №1 дополнительно охлаждали также со скоростью 10' *К/с. После каждого изменения температуры систему релаксировали с использованием ММД к новому равновесному состоянию.

Анализ полученных даниых показывает, что в расплавленном состоянии все соединения имеют практически одинаковые ФРРА. являющиеся типичными для расплавов. После завершения закалки, как показывают ФРРА, все соединения, в том числе чистое железо, имеют стеклообразное состояние. Причем ФРРА для исследованных систем несколько различаются: в системах Ре-В и Ре-Нп максимумы оказываются более широкими, чем у Ре. Кроме того, положения пиков на ФРРА для системы Ре-В несколько смещены в

Рис. 8. Фоноиные спектры для системы Ре-Мгг. 1 - кристалл; 2 - расплав; 3 - стекло

зывает, что во всех системах имеется множество некристаллических кластеров с пятерными и семерными элементами симметрия.

Результаты расчетов фононных спектров представлены на рис. 8, Из приведенных кривых видно, что фснонные спектры в стеклообразном и расплавленном состоянии существенно отличаются друг от друга. А именно: в расплаве, в отличие от стеклообразного (и.кристаллического) состояния, онн смещены в область бсльших частот. Это. обстоятельство, по ынешш автора, наряду с ФРРА может быть использовано для идентификации стеклообразных соединений. .

Далее в этой главе обсуждаются особенности аморфизашш решетки при легировании железа марганцем и при у -» а превращении. Для этого была проведена серия соответствующих компьютерных экспериментов с ПГО, приведенными на рис. 5, для следурзшх систем: Ре, Ге ♦ 13* Мл,-Ре + ?е + БОЯ Мп. Эти иссле-

дования показали, что в чистом железе потеря стабильности у-фазы и зарождение а- фазы.наблюдается при понижении температуры от 1100 К до 900 К, Для. сплава Ге + 15% Кп интервал стабильности у- фазы был значительно шире (нижняя граница находилась при Т 2: 600 К). В сплаве Ге + 50!( Мп на всем температурном интервале исследований (до О К) устойчиво сохранялась у-фаза. В сплаве Ге > 25% № переход в а- фазу в пределах вре-.мен компьютерного Моделирования С- 10"'1 с) и при охлаждении до ЗбО К также не наблюдался. Однако, судя по ФРРА. в этом случае происходила полная аморфизация решетки. Интересно отметить, что значения кинетической и полной энергии в аморфном и кристаллическом состояниях для этой системы оказались одного порядка. Для изучения деталей тонкой структуры г 4а перехода э системе Ге + 15!'. Мп была смоделирована ситуация с большим переохлаждением у- фазы (- 200 К), что позволило значительно ускорить процессы этого превращения. Анализ трансформации ФРРА в последовательные моменты времени при у •* а превращении показывает, что исходная ФРРА для ГЦК кристалла постепенно размывается и, в конечном итоге, наблюдается полная амортизация решетки. Затем на ФРРА появляются пики в окрестности 0,47 и 0,32 нм, характерные для ОЦК решетка. Со временем они увеличиваются и становятся, более острыми, а пи.чн, характерные дя.ч ГЦК структуры, исчезает. Одновременно с у а переходом в крастал-

ляте наблюдалась фрагментация; образовалось два зерна; развернутых друг относительно друга иа 2-3°.

Таким образом, методом молекулярной динамики показано, что при температурном и концентрационном у ■* а переходе образуется промежуточное состояние, структура которого оказывается полностью аморфной в пределах временных интервалов компьютерного моделирования.

Особое! внимание в дисссертации уделяется компьютерным экспериментам по исследованию влияния различных факторов (геометрических размеров и температуры; наличия примесных, и легирующих атомов) на амортизацию кластеров. Для решения первой части задачи из идеальной .ОЦК или ГЦК решетки вырезали сферические кластеры с различными радиусами Р. Затем при свободных граничных условиях их релаксировалн'с использованием ММД к равновесному состоянию с минимальной энергией. Исходную температуру для всех кластеров задавали О К. Затем температуру поэтапно повышали до полной аморфиэации кластера. Для учета влияния примесных и легирующих атомов на аморфизацию: кластеров, последние формировали с определенным процентным содержанием элементов, а затем, как и в предыдущем случае, релаксировали к равновесному состоянию. Межатомное взаимодействие во всех случаях описывали псевдопотенциалами» рассчитанными для соответо-" твусаего процентного содержания системы. Амортизация кластера определялась по ФРРА. Кроме того, дополнительно осуществлялся контроль за раположением атомов в поперечных сечениях кластера.

Компьютерные эксперименты по решению первой части задачи проводили.на кластерах из чистого никеля и йелеза. Кластеры никеля вырезались из ГЦК кристалла радиусами И а« 9; 12,3; 16; 19,5 и 23 Д. Подобным хе образом из. ОЦК кристалла вырезались кластеры железа радиусами й а 4,3; 5,74 и 12,91 А.

Анализ полученных результатов в случае кластеров никеля и железа позволяет сделать следующие выводы: 1. Кластеры железа с I? * 4,3 А аморфизируются уже при Т«100 К. Аморфиэация кластеров железа о 'Ка 5,74 А происходит при Т - 200 К, а кластеров никеля с К » 9 А яри Т = 300 К. В кластерах никеля о Я * 12,5 и 16 А аморфиэация наблюдалась при Т «= 400 К.

2- В. кластерах,'никеля с И - 19,5 и 23 А- при 400 К наряду с .'•' гморфлой фазой сохранялась кристаллическая структура. Причем . аморфная фаза находилась па поверхности кластера, а криоталли-" • чсскоэ ядро' - в центральной его части. Анализ ФРРА в этом слу-,чае.: доказывает, что на ее. достаточно сильно разтштых макспму-мах просматривается'' шз?.и, характерные; для-ГПК- фазы. ..Подобный' :' результат,,.ко.уга 'при 200 К, был получек.па кластерах-железа с Л-а£; 12,91 Д> . Однако, в отлнчяе от.' 'предыдущего случая, ужэ : при.температуре 300 К кластер железа полностью аморфизнруется.

3. При проведении аналогичных • исследований. с циклическими гра-V '.'нячякая' условия?«; то'есть когда'.; кристаллические кластеры юга-'. ли -квазпбесконэчный - объем, 'во..всем..объеме кластера сохранялась-. '• идеальная ГЩ-решетка'з случае/никеля-.я ОВК-рёиатка - в слу-■■ чге.'хэлеза.. Существенные,; искажения. крксталличосксй .структуры .-.'-•' кластеров,начинались,лишь':при.'.'^-Т'?: 800'К. ',*. •-,.•'-'.'-Дакпм; 'рбразом,,"".;"с:. увеличением .• геометрических . .размеров ; • •' -ск-тонность, х амор^заигп. у кластеров - никеля- п железа умеяыза-" ется.-лй:'ана'яф1чф^/эре^лп1^д1ггС,повШ9няв : температуры ;; • клгетероз- Важно У'отмгэтить,. что •результаты, компьютерного иоде-•'. яарованкж в • случав никеля находятся- : хорошем. согласии с; эко-пврдаентаявнЫмя данн^^пф изучению/' рентгвноэлектрояных'спек-" троз. пЬсл'едн:пг--дал1гах следует, что-; строение' валентных'по-. 'яоо' кластеров, никеля .с ■ Н-< 35 А к расплава практически оди-;'.-наксво. Это.означает, чтр.тахиэ кластеры' обладают структурой '.- близкой к расплаву,- то есть являются акер^ншп. ',.,-■ .'■. Учитывая, .что азот в - наргакеп< о^епь --эффективно стабилкэп-' • руят г-фззу Св. наших экспериментах;состазы Ге-5и.-!ки;Ре.-Е0%-.Ип имели ПШ/решзтку да^е'-при'0:'Ю., .-в дальнейших- к.стлгьптерщзх 'зке -- -.-петамгнтах кластеры'-.железа, р'ояерзааа'е.- азот:'и' иаргапацформи-: 'рогаля с'.'• ГПК-структурой. Лля-исследования ' влияния азота на гморфизаци».-.'..кластеров., железа'- были *.- 'сформированы кубические /.'кластеры, с .-ПЕС, решэткой-,'.-.состояние из 03-х, 172-ух и . 355-ти : аТсксв, з озстапоры.'.-которцх, вводено •. состзетствешю 3, -8 и-10 •; ато;-;ог1'..ззота>. В -..процессо- , ре.чг.ксаитш ... вслслстзне,. гяшшгизгюви нсгорхностпсй.энергии/первоначально-кубическая.ферка.у - первых двух-кластеров скруглялась, а у . третьего' кластера, появились .сильны?, искажения лишь вблизи' атснов/'.азота. и эеркйя. куба. Центральная часть-кластера практически';осталась крлсталличес-

кой, Дна лпз расположения. атомов, в конце релаксащяг доказывает,', .';'-■ . что для всех трек кластеров.характерно наличие пентагональных конфигураций в расположении атоыов. .,Указанное , :обстоятельстао, ,'.•', как уже отмечалось, вше,- моига рассматривать: как факт - наличия: там дефектов'дисклинациокноготипа!.Однако, -в:отличие от мак- . рокристаллов, здесь эти дефекты обладают' .'размерами- близкими 'к- точечным. Так. через• 2-3 иегаташых'«ифйш-;,'f нации как бы растворяются внутри кластера. {Гричем . чаке всего ' они обрываются С или зарождаются) на атомах азота. Анализ ~ -ФРРА ;■ для атрелаксированных кластеров показызает^ что пердые два : из. У них в пределах временных интервалов компьютерного модедярова-пия являются полностью аморфными, а у третьего кластера на фо- '...-'• не сильно размытых максимумов наблюдаются пики, . характерные.' . для ГЦК решетки. ■■/.■'.';'■-.' '•" v-'^-Ví''' l^'-.'': - .■:■

Аморфизация кластеров' железа пря \ легировании ; ^аргакцем. происходила лишь при олредеяениом'лроцентнок составе ' С в нашем ; случае ^ 234 №3. tlpiweir аморфздащш С-оу-''.'.

размеров .частиц. Так оба изученных йами.; сферических кластера.;' (первый состоял'.го 209 атомов железа и Зб/атсмовкарганца", второй - из 633 атсмоз~железа ;ЦЗ ато>гав:марганца); амор^изирова- . лись в процессе релаксаций к равновесному состоянию при-300 К. '-, Ранее,, как уже отмечалось, -выше,' -'ангшогидаые''-^;реоул1?та?ы- - Для.'.-;. '■ системы. Fe-25Sí Мп были..падудагатнэшг.с ■ грагшч- ;'•

ньиш условиями, то -есть в случае квазибесгсрпечкого обьема. lía-, тересно отметить, что при .введении. в/кластеры Fe-So'/. Кпатовдз: . . азота X" Ш.сЧхютветсрувдай-'эа#н0й/ЙПВ^;скдарроть к амор-/ фкзацин системы.увеличивается. Так,■ например,- при введении'- в-".'-1"'" •.первый' кластер,еле-.чвтгфех.атрмов.-яз^-^^^агура-его "пере- .' хода в аморфное состояние снизилась с ЗОО до 50 К...-.-' - •/ -: ..'.'.'.". .

Таким .образом, на- основе, -компьютерна* Экспериментов • .йсг .следована возможность аморфизацки-Кяастеррпс-часупй-В-.-оа^иск^.. . '' мости от.геометрических размеров^ температуры'« атомного. сос- ." -тава. Важно отметит??.: что все перечйсвенные фактор'ы,.оказались взаимосвязанными: при уменьшении размеров ; частицтемперзтура .. их перехода в аморфное состояние снижается. .Подобный ¿е эффект достигается при одновреашно»г введении: ^ им»*' '••-'

тпяпяческкх атомов. На основе палучеяных данных можио сделать

■ ваанкй вывод о возмоккссти перевода'з вибрфяов состояние чистых металлов Сгелеза и никеля).находящихся в кластеризованном состоянии. .В случае.кластеров никеля и молибдена такоЗ вывод в последнее Время кашел-экспериментальное подтверждение.

Следующий раздел в'-диссертации посвяден изучению процессов, происходящих при ионном облучении (генное перемешивание, амортизация.. распыление) мотслом молекулярной динамики. Для проведения компьютерных экспериментов была сформирована кристаллическая пленка квадратной формы, состоящая из 2191 атомов зелеэа. В исходном, состоянии, кристаллит, имел 011К решетку и температуру 10К-. Условия на границах кристаллита задавали комбинированные: на поверхности, которая подвергалась воздействие, атомы считались свободными, а на всех остальных поверхностях arena zecrxo закреплялись.' Взаимодейств!!» атомов железа при столкновениях описывали комбинированным потенциалом, состоящим яз трех' слагаемых: экранированного кулснозского потенциала, потенциала Бор-на-Майера и псездопотенциаяа, рассчитанного по схеме Хейне-Абаренкоза-Аиималу с функцией экранировки Шоу.

Имитации ионного облучения осуществляли' сообщением атсму вдоль определенного- направления - .заданной скорости, 'величина .которой соответствовала .энергии' ^0,1 кзВ. В эволюции атомной структуры при этом,, как правило, наблюдали две стадии. На первой стадии, развивался .каскад .столкновений, характеризуемый малый •числом•дефектов,- образованных за счет атершгческЕх эф-фекоз. На второй стадии происходило- локальное повышение температуры,- которое 'врйводяяр.к плавлении этого участка.

При последовательном-'Облучении .кристаллита частицами в направлении (001V 10'" частиц/са3) в решетке накапливались ■искажения-и, как показал анализ ФРРА, происходила полная амортизация системы в области облучения. При аналогичной облучении кристаллита вдоль till] наблюдали распыление атояов.

.Завершают диссертацию компьютерные эксперименты по изучению процессов структурообразования н амортизации ГПК металлов и сплавов в условиях импульсных внешних нагрузок' а болыия пластических деформаций, для решения поставленной..задача 'в случае чистых кётакяов формировали ГЦК кристаллит, состояякй из '500 атомов.,:. Взаимодействие мему атомами опяси«?.ди ППВ, предложенным Баскесом' 2'-Нелинсоа для алюминия. В исходном

Сравновесном) состоянии кристаллит .имея'форму.куба и темперам туру 300.К. Деформация кристаллита осуаествлялась поэтапно: поя . действием импульсных (мгновенных) внешних нагрузок, которые, прикладывались таким.образом, чтобы полная (упругая плюс ппас-' тическая1.де^ррдаадя.кристалла в направлении; £001] на. каждом этапе составляла.. . В' направлениях,. [ 1001. и С0101 размер кристаллита.,прИ:.этом .увелкчивали так, чтобы объем в процессе деформирования .оставался-: постоянным. После.каждого этапа деформации- систему релаксйровали к новому, равновесному состоянию' с использованием ММД. Релаксацию осуществляли при циклических граничных условиях; что позволяло исключить появление поверх- • ностных эффектов и обеспечить- кваз«бесконечную протяженность исследуемой ячейки. Проведенные, нами компьютерные эксперимента • показали,, что при деформациях ~ 4*4 .происходит скачкообразное нарушение идеальной структуры. При этом монокристалл- разбивав; ется на несколько участков, развернутых относительно друг друга на углы ~ 1°.. С увеличением степени деформации ■ происходит дальнейшая-эволюция дефектной структуры, в, результате которой .. часть старых границ исчезает '« вместо, них появляются новые,: с другой разориенткро.вкой; При этом размер участков, ■ ограниченных такими границами,' -^екмгаётся^'.а .угй^раэориентироэки между ними возрастают. Когда деформации.достигают 10-12Н эти участки оказываются, развернутыми. друг, относительно друга.. уже на' 2-3°. Такая фрагментация кристалла, как 'показано [6а1. ' свидетельствует о достижении.-' предельных деформаций за счет . трансляционного механизма: и включения в процесс формоизменения ротационного механизма пластичности, .ответственными за которые в металлах являются '-частичные дискяинации. :Б процессе дальнейшей пластической деформации фрагменты уменьшаются а размере в . испытывают ротационные смешения в полном-соответствии с кд^я- . ми. развитыми в работах. СБа, 7а). Интересно отметить, .что если с каждым этапом деформации потенциальная энергия и давление в системе ступенчато возрастают,, то в" процесс? релаксации "в момент фрагментации они уменьшаются.- При деформациях с = ЗО Л в . ' кристалле образуется особое дефектное состояние, характерными признаками которого являются наличие зигэггополобных цепочек «томов и потеря сдвиговой .устойчивости решетки. При достижении

указанного состояния дальнейшая деформация осуществляется не только без увеличения потенциальной энергии, но и при ее существенном уменьшении. Подобная ситуация, как известно, имеет место в случае структурной сверхпластичности. При деформациях 60у, в деформируемом кристалле появились сложные упорядоченные атомные конфигурации, известные как сетки Кагсмэ. Такие конфигурации свидетельствуют о поязленка в системе а'- фазы. Хорошо известно/ что сложные кристаллические системы, типа а -фаз,- обладают склонностью к амортизации. Тем не менее, дальнейшая деформация кристаллита Свплоть'до с = 70 50, 'несмотря на сильные искажения в решетке, так- и не привела к полной амортизации системы. Полную амортизацию деформированного кристаллита ш наблюдали лишь при смене циклических граничных условий на свободные зг последующей релаксации системы к равно-.весяому состоянию. Причем, амортизация слсте'ш происходила лишь в том случае, если освобождались границы после достижения деформаций с > 30 % (рис. 9). Важно отметить, что аморфное .состояние сохранялось.в системе при нагреве до 600 К и после: дуваей выдержке при этой температуре.

Рис. 9. ЗРРА деформированного кристаллита после освобождения границ: 1 - с 2 30 У, ; 2 - к ' = 50 У, Далее аналогичная задача решалась для сплава Гв + ЗОН Нп. В исходном С недефаршфсванком). состояния кристалл имел фориу куба и; ГПК решетку,. Ойнее..количество"атомов составляло 1372, взаимодействие которых, опнсква ли псевр.опотеициазсу, рассчитан-кич для скстей* Го + ЗОН 1!п. .Методика проведения конпьвтерного акспершшта полностью совпадала с ярэдидудеЯ. График езьеве-нея пстапшзлыюй энергии прк поэтапном деформировании крас-

талла показывает, что вплоть до деформации;4 10 % потенциальная энергия системы возрастаает практически'линейноине измв- , няется в процессе релаксации к новому равновесному состоят».' Однако, начиная с с ь 10« после очередного вага по деформации и отвечавшего ей скачка потенциальной энергии процесс релакса-^ ции сопровождается уменьшением Энергии системы. Такое измене- -ние потенциальной энергии, как показывает анализ расположения . атомов в поперечных сечениях кристалла, обусловлено разбиением кристалла на отдельные фрагменты Сем. рис.10)которые отделены друг от друга дефектами упаковки. Причиной их появления слу- • кат частичные дислокации Еокли с векторами Бсргерса а/6 <2Ш. Причем в процессе дальнейшей пластической деформации кристалла. наблюдали постоянную генерацию й- движение таких дефектов. При •".'. этом приращение потенциальной энергии от каждого этапа деформирования практически полностью исчезало во.время последующей релаксации системы к равновесному ¿остоянию. При. е = ВОЯ в деформируемом кристалле прошел вторичный процесс фрагментации, в ходе которой размеры фрагментов уменьшились, а развороты между ними увеличились. . В результате образовалось большое количество новых дефектов упаковки, имеющих, в отличие от йер- . • вичной фрагментации, более сложную структуру. Кроме того, дви- .. жение дислокаций привело к образованию барьеров Соидячих дислокаций Ломер-Котрелла) и двойниковых структур. При дальнейшей пластической деформации Се * 26И и е - 44«) на графике изме-

Рис. 10. Фрагментация монокристалла при •• с а 10%

нення потенциальной энергии появились моздаие пика,, обусловленные достижением предельных значений пластической деформации за счет трансляционных каналов пластичности. Последнее обстоятельство обусловлено застопориванием дислокаций из-за образовавшихся барьеров, а также из-за отсутствия уест выхода дислокаций вследствие недостаточности пространства для соответствующей перестройки атомов, в поперечных направлениях кристалла. После прохождения этих пиков, как показывает компьютерные фяльш,. пластическая деформация сопровождается разворотом ынк~ росбластей. При этой у дислокаций вновь появляется возможность выхода на поверхность кристалла. Ступеньки, соответствующие местам выходов этих дислокаций, хорошо видны в поперечных сечениях деформированного кристалла. Анализ ■ ФРРА, построенных для этих случаев показывает, что полученная структура, несмотря на столь значительные деформации и искажения решетки, по . преанеау является кристаллической. Амортизацию решетки, как и в предыдущем случае, наблюдали в том случае, когда от циклических граничных условий переходит! к свободным. Причем, если границы освобождались до или после прохождения указанных вше пиков потенциальной энергии, амортизация не наблюдалась. В случае освобождения границ при я = 26% и г. = Ы'л происходила полная амортизация' решетки. Это обстоятельство хорошо ейдно из анализа ФРРА, приведенной на рис. 11.. для случая с - 20 V, .

£ {X.

Рис. 11. ФРРА носке освсбоздезшя границ: 1 - я » 34 Я ; 2 - £ = 28

Таким образом, анализ полученных гиия результатов псяа-покааывает, что компьютерные эксперимгнта действительно из гут служить эффективным сродство» хссетдсэания процессов отрукту-

рообразования и амортизации в кристаллах при интенсивных пластических деформациях. .

На основе полученных результатов созданы компьютерные фильмы, наглядно иллюстрирующие $рагмэнташш монокристаллов, ротационные механизмы пластичности, эволюцию кристалличес-чоской, дефактпо-кристаллической в аморфной .структур в условиях температурно-силовых воздействий.

вывода

1. Показано, что отекла, кахи кристаллы, построены из атомов или молекул с соблюдением фундаментальных сиымэтрийных законов сохранения. Причем 8 стеклографии законы симметрии оказываются иными, чаи в кристаллах, в частности, здесь возможны пятерные и семерные оси симметрии, запрещенные в обычных макрокристаллах законами кристаллографии. Элементарными носителями нарушений поворотное симметрии в стеклах служат дефекты дисклинаиионного типа, которые вносят в решетку ркианову кривизну, устраняя тем самым в вей трансляционный дальний порядок в расположении атомов. Поэтому не случайно, что все современные модели строения АВ так шш иначе содержат представления о . двсклннациях.:..

2. Установлено, что дефекты дисклинационного тина Сдис-клинации, диспирации, диспланавдл) играют фундаментальную роль в физике некристаллического состояния. Подобно зародышам кристаллов дисклинации служат своеобразными центрами стеклования, эволюция и последующий"рост которых и приводит к возникновению некристаллической атомной структуры. Следовательно, стекло следует рассматривать не как; замороженную жидкость, а как следствие сложных синергетических . процессов самоорганизации системы в ходе закалки структуры расплава, то есть по выражению Пригожина, вследствие эволюции структуры расплава от "существующего к возникающему". . -

3. Модели строения АВ, построенные на дисклинадионных представлениях являются универсальными и могут быть использованы для описания структуры различных классов стекол Сметаллических, кварцевых, полупроводниковых и др,) с единых позиций. Причем варьирование плотности дисклинаций в решетке позволяет

получать стокпа либо с ближний порядком в расположении атомов, либо с ближний и сродник., Достоверность дксклкнацнояного под- . хода подтверждается тем обстоятельством, что в частном случае ■•" С при максимально возможной' плотности дисклинаций . в решетке) ; она переходят'в хорошо известную модель'строения стекла, пред... лохекнуи Захарназенс'ы. .■;

4, Компьютерное моделирование, является эффективным инструментам проверки различных моделей строения АВ. Такие ыодеяа-'■ создаются-на-основе топологических, геометрические, хяинч&скнх или сиыыетриДных ограничений, / ., :■."'••''

5'. Компьютерные эксперименты являются аффективным средством конструирования и исследования материалов с нзкристалли-■ческой-атоаной структурой.-. Такой подход позволяет прогноэиро--'.'.'вать'и:найти-оплгаиашшэ-режимы,перевода'кристаллических материалов. в-аморфное;состозагее. В качестве доказательства, в днс-'.' сс-ртациц реализованы практически все'основные способы получения АВ в компьютерных экспериментах.'В том числе, показана воз-'• ' цожность перевода чистых металлов в аморфное состояние, причем как методом компьютерной закалки расплава, тале н при интененв-нюс пластических деформациях.

," Основное содержание, диссертации изложено в коллективной монографии'' -";'-'.'•- •■..-.'.-'.

; - Лихачев- В. А., .Волков. А. Е,', Шудегов В. Е. Континуальная ., ■ теор,ча-дефектов.''Л.:, Из'д-во. Ленингр.- ун-та. 5926. 233 с. н в следующих публикациях: ■ /'_.

1.' Лихачев-В. А.;, Лудегов В.Е. Теория сильно взаимодействуя-кях- ансамбле!» дефектов в моторной записи. А. Геометрия ц . .. - статика шторного- пространства с дефектами /••' Мзталлофя-' - зика. 1830. Т г; Н 4. С: З-Нз. ' -

2: Лигачев-В.А., йудегов В.Е. Теория сильно взанмодзйствую- • '. сих- ансамблей дефектов в «оторвой записи. Б. Кшеткка, . .' -'' энергетика и-реологая моторного пространства- с дефектами • //'. Металлофизика. 1080. Т 2, Н 6. С. 3-12. 3. Лихачев В.'А.', Шудегов В.Е. Анализ'диспарацйй // ОТ. 1980 Т. 22. и 11. С. 3222-3230. ; ;

-. -4.• Лихачев. В.'А., Зудегсв В.Е. Континуальнад творил дефектов в «оторвой-- записи.' Л., 1080. Дел. з й'/ЖШ 27.09.1530.'

И 2073-80. 37 с. / ; .' . ■ ' '. •■'.

5. Лихачев В.А., / Шудегов Б. Е.. Диспирзция в кристаллах и.их континуальное описание о помощью моторного исчисления. Л., 1880. Деп. в ВИНИТИ 29.054080. N 2093-80.- 23 с.

6. Лихачев В.А. , Шудегов В. Б. Динамика диспираций /у Физика , и электроника твердого тела: Сб. научи, трудов. • Вьаг. .4. Ижевск, 1981. С. 11-16. ' > ' Ч

.7. Лихачев В.А., Шудегов В.Е. Теория сильно взаимодействуют аих ансамблей дефектов в моторной ■записи^ В. Динамика маг . ; торного пространства, с дефектами //' Металлофизика... 1982. . т 4, н 1. с. з-7. ■ ■•:./

8. Лихачев В, А.Шудегов В. Е., Волков А.Е.1 Проб/темы и перст ... пективы развития континуальной теории дефектов // Физика. • ' ' и электроника . твердого тела:-Сб; научк, трудов. Вып. 5. V

. Ижевск,: 1982. С. 10-19. ; V ■■"';/ ^Л-/,:^/-'.:V?:

9. Лихачев В. А.'., Еудегов'В.Е. Миероцеханюса среда с ансамб- ,' яями дефектов трансляциояно-по^оротного типа // Известия

АН СССР. {йрия.НГТ.: 1984.: К 2. С, 93?100. /.':. . •..'.'...

10. Лихачев В.А., Щудегов В.Е.ДисклиНацииваморфьта

пах '// Экспериментальное исследование и теоретическое опа- . саниэ дискяинаций: Сб. кауча/ трудов / Л; 1984) • С. 93-109. : Л-'^/

11. Лихачев В.А., ШудегоаВ.Е, ■■' Современные:; 5редставлешя/ о' . структуре: аморфных- веаеств // Физшса аморфных спдазов: ■ Сб.' .Г научя. трудов. Вкл. 6..'Ижевск;-1384. С. 17-23. :. •'':.•» -

12. Лихачев В. А., ШудегозВ.Е. Лисрлипационная структура' к.дё--. . фекты аморфных веществ // • Структура и. свойства ' аморфных сплавов: Сб. научн. трудов.' Выд. 7.: Устинов, 19£3.;

•■ ' С. 14-25. Л '•-.;■'.. чЛ - ;/5г;;>:

13. Лихачев В. А., .Шудегов В.Е.1 .Неупорядочеккость сверхструк- : . тур; обусловленная, дефектами. поворотного . типа '// Физика 'Л'. • неупорядоченных систем: Сб. научай трудов.1 Вып.. . 8.• Усти- . -

- коз, 1986;' С. 5-11. •': ;,'•'■ Л Л - >4-' Л •;'.''/\'Л.'. ■.-'''

14. Лихачев В.А., Щудегов В.Е. . Дудороа ®.Р.;.' Пяслегина Г.А. Проверка дисклинационяой модели структуры аморфаого состо- ,Л яння в машинном эксперименте // Теоретическое я а кспери-; Л . ментальное исследоваяие дисю1инаций: Сб. научн. трудов '/"

Ш. Л.. 1986. С, 172-178. • 10.: Лихачев. В. А., Михайлин A.M., ТНудегоз 8, Е. Строение сте- . кол Моделирование в механике: Сб. научн. трудов. ¡Новосибирск, 1S87. T. 1 С18). 113. С. 105-130. ; .16. JbtxaseB В. А,, 1удегоэ.Дисклинационная модель строения 'двухкощюнентннх .-стёкол // 'Метаялоаморфные Ыатеркалн: Сб. -научн. трудов. -Вып. '9. . Ижевск, <1338. С. 139-147. •17. Ферстерлинг Г., Лампе , ;Брахольд Р., -Шудегов В.Е. Структура аморфного, сплава ' Té - посла отгйга // Металлоа-• •" .• -морфныё материалы: -Сб. «аучн? трудов.'Вып. 9. Ижевск, 1988. : . С.'148-153. '■/' ■

19. Лихачев S. A.., 'Шудегов B.E.., Тойдбрйза "Й/С. ; Тойдброва К.С.

: Дасклинации з упорядоченных -сплавах «а -основе ЮЦК и ГЦК '. .' решеток - // Зйскяинаийш и ^ротационная деформация твердых,

тел: Сб; научн. трудов > ФТИ. Л., 1988. С. 166-175. 19. Лихачев В. А. , 'Шудегов' B.J3., Загребина C. B. Деклинации в .' ' упорядоченных сплавах .на основе ШУ решеток // Дисклянацнн и ротационная деформация'твердых тел: Сб. научн. трудов А ФТИ.. Л.;; 1S88. С. 211-215. - .'.-. -. 20. Шудегов;-В.Е. РОЛЬ ДИСКЛШАШ! В'.ФИЗИКЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА. Часть 1.\ Дисклииации в континууме и. кристаллах. Ижевск:

■ Изд-во Удм. ун-та. 1989.-29 с.

Й1.', Лихачев В.Av., Шудегов В.Е: Дисклинационная модель строения кварцевого стекла /V Физика и. 'химия,, стёкла. 1989. Т. 15. H 3. .С. 510-513. •:.-.'" •22;.' -Лихачев' В:А..,; ШудегоЬ В. Е. Амо'рфизацкя'полупроводников дяс-юшйацийий ;// физика • некристаллических• твердых тел: Сб. научн. трудов; Вып.. 10^ ifeescx, 1990. С. 92-98. '.,' 23.' Касирйк В'.Б.., Лихачев В.А;-, Шудегов В.Е: . -Дйскликациониая модель.'аморфной структуры : на базё' соединения Cu^Au // Мэ-

■ ' ханкка прочности . .материалов • с новюи Функциональными

/свойствами: Труды XXIV Всесоюзного семинара "Актуально ■ ••.-.- проблемы прочности". ; Рубежное,. 1090. С. 130-132. 24. Катрин В. Б., Лихачев. В. А., Шудегов В.Е. Анализ; йискяиаа-' пий -з' сзерхструктурах типа Си А«' // Яйсшшашш й ротационная деформация твердь« тел: Сб; научн. трудоз / ФТЙ. Д., 1.990,'С. .152-100. .'■'•. ■ ' S3. -Зуяегоа В,Б,;.Анализ -дисклияаций в кластерах, явяямшхея

структурными элементами' аморфных веществ // Кластерные на- ■ териалы: Докл. I; Всэсопзн. канф. / ИПМ УрО РАН, - Ижевск,: . . 1991. С. 179-191'. " ' "

26. Долгушева Е.Б., Чудиков В» Г., Шудегов B.É.,;. . Вурав- . лев В. А. Расчет, потенциалов- парного 'взаимодействия системам Ге-Щ ' ЕеКЗ, • Fe-Ma-l?; •• Ee4fa-C; ; Fe-Сг-Н, ;; . Fe-Сг-С // Прогнозирование механического поведения. материалов: Материалы-XXV .Всесоюзного- семинара "Актуальные-" проблемы прочности". 1-5 апреля? 1991г, Старая Русса. Т-,'1>.

.." Новгород; 10911. С.- .1-1.-15; • • '.' -.-• ' . Г - :'.->''..'

27. Кашяращ:EUR,' Дудагов В.-Е.' Влияние- размеров решеток и- '.паь трнциаловч межатомного. взаимодействия-, на ^амортизацию . двух«-:.

. . компонентных; систем* // Прогнозирование : механического! па- •'• ведения¡материалов? Материалы-. XXV Всесоюзного семинара?'■ "Актуальные проблемы-прочности"., 1-5-;апреля. }991г. Старая--' Русса, T¿ 1» Новгород; 1991.. С: 15-19: ■"' ' ; '

28. Шудегоз*.В,Е-. РОЛЬ- ' ДИСЖЛИНАЦИЙ ' В: ФИЗИКЕ-' ТВЕРДОГО ■ TEJIAN' . Часть 2- Дксклинации-в- кластерах; и .стеклах. Ижевск; Издтва-'.-Уды. уд—та« 1992. 44'.с. : '-.:":•■.':. ;■■-V-.-'; \ -.,''■.-','.

29. Лихачев.В.; А,, Михайлин; А.И.', Шудегов- В.-Е-., .Топологический анализ а машинное"моделирование . дисклииаций и iíx ансамб-

' лей // Вопросы физики^, к мёхашзки-материалов;/' Cd.: научи, трудов. Новгород, 1992. С. 89-128. ,;' .-:.''/ •■•'л.'/-'.

30. Каширин В. Б.,. Шудегов В.-Е;. Влияние .потенциалов: Бзаимо-.. '.,'. '■ '. действия на детали тонкой структуры -двумерных .стекол.- tía-. ■ . шинное моделирование .// Физика и механика-новых- материалов: Сб. научн. трудов. Ижевск:' • Изд-вО'.Удм.:.ун^та; '. -.1992.' ;

С. 26-36. .'.-.'■• ' />••';._.. ,.'".-;' -.-v- ;';',-' -'-'-,-Y,.. '.'

31. Шудегов В. Е.' О взаимосвязи-моделей.''структуры аморфных ве- ■ аестз на основе .искривленных пространств и , дисклинацион- •■ •-'.

. ных представлений //.Физика и механика новых - материалов?';- • Сб.-научн. . трудов.-Ижевск: ' : ..Издг-во /Удм. ун-та,-.-'19S2... С. 159-168. ■• - -'-.'" -"V .;-'-': --V "л--' I .'."■■ .'-'"'■

32. Шудегов В..Е;, Журавлев В. А.,. Лихачев В. А., Бычков Д. А., ■' Чудинов.В. Г. Большие пластические деформации к ¿мерфизация . кристаллов в условиях импульсных внешних'нагрузок // .Физика и механика новых материалов. Ижевск: Кзд-в'о Удм.. ун-та,, •'

. 1992. С. 4-13.

33. Каширин В,Б., " Шудагов D.E. Компьютерное моделирование

• . амортизации сверхструктуры Си Au дясхлинацияк». // Проблемы исследования -структурыаморфных материалов: Докл. I;U Всесоюзн. кснф. Ижевск: Изд-во УдГУ,' 1993. С. 97-109,

34. Чудинов В. Г., Вудегов В. Е., •- Лихачев В. А., Журавлев- В. А. , Долгущева Е. Б. Влияние межатомного взаимодействия на- амор-фязацию решетки при f ■•» а переходе в сплавах на основе.

■ железа //.Проблемы исследования структуры аморфных материалов; Докл. IV Всесоюзн,- конф. Ижевск: йзд-во УдГУ, 1993, ' С..103-1 17. . ■ "..-

35; Чудиков В. Г. , Баранов Ы.-А. , Шудогов В.Е. , Баянхан -В. Я. Компьютерное моделирование процессов аморфизации и распыления при ионном облучении железа. •✓/ 'Проблемы исследования' . структуры, аморфных, ''материалов: Докл. IV Всесоюзн: конф. .Ижевск: йзд-во УдГУ, 1993. C.lül-161. 38, Шудегов В. Е., Лобастсв А.П. . ЛГуравлев В. Л., Чудинов В. Г, Молекулярно-динамическсе моделирование процессов стеклования в'' Fe, Fe-D, Fe-Mn // Проблемы исследования структуры акорфних материалов-. Докл. IV Всесоюзн. кснф. Ижевск: Иод-во УдГУ, 1993. С, 113-122.

37. Шудегсв В. Е., Дерева С. Ф., Шабанова И. П. , Чудинсв В. Г. .' Изучение, амортизации клатероз никеля на основа компьютер--ннх экспериментов и .рентгенсэяектронной спектроскопии // Проблемы' исследования структуры аморфных материалов: Докл. IV'Всесоюзн. кснф. Ижевск: йзд-во УдГУ, 1993. С. 133-143.

38. Еудегов В. Е., Лобасто» 'А. И., * Лихачез В. А. , Журавлев В. А., Чудинов В. Г. Компьютерное 'мбдедирсванко процессов струк-Туроорзэования и амортизации а ГИК "криталяах // Проблемы исследования . структуры аморфных иатеруалов: Докл. IV Всесоюзн. конф. -Ижевск: 1Ьд-во УдГУ, С. 10-23.

39. ¡Зудегоз В.Е. "Проблемы стехлообразозакил и стеклографии. // Проблема!' исследования структурн ауорфных материалов:

. Докл. IV Всесоюзн,- конф.. Ижевск, &д-ао УдГУ, 199-3. С. 3-9.

40. Лихачев' В. А., •••'Будогов' В. £.• • Модели структуры аморфных . веяеетв на -основе •искривленных !'рг*:траяств а яисяланаци-

енных представлений ■// Функционал*но-мохангч&скао свойства материалов и их .кемпьятарно? конструирование: Матерям)

XXIX Межреспубликанского семинара "Актуальные пробдеьщ прочности". Псков. 1SS3. С. 57-66/'

41. Еудегов В. Е., Лкхачез В. А., Яобастов А. И.., Журавлев В. А., Чудинов В.Г. Компьютерное- моделирование.процессов струк-туросбразовакия в ГЦК кристаллах при интенсивных деформациях // Фуцкциоиадьно-кехаккческие. свойства-материалов. и т компьютерное конструирование: Материалы XXIX Межреспубликанского семинара "Актуальные' проблемы прочности"-. Псков. 1833. С. 337-343;. .

42. Чудинов В. Г., Шудегов В. Е., Лихачев В. А., дураз.лев . В. А, ,■ Долгушева Е,Б. Влияние сил межатомного'взаимодействия на амортизацию решетки при j'.-»-а переходе в сплавах, ка-основе железа // Функционально-механические свойства матерйа-алоз и их компьютерное - конструирование:Материалы XXIX Межреспубликанского семинара . "Актуальные' проблемы ' .проч" ности". Псков. 1G93. С. 13S-143. Л. Ч -

43. Чудиков В.Г., Бычков Д. А'., Шудегов . В.Е.''Вдавлев ,В.А., Долгушева Е; Б. Влияние особенностей-сил-«ежчастичного взаимодействия на 'кристаллическую .структуру и ■ температуру

Y а. превращения в сплавах-на основе железа . //. - Вестник • Удмуртского университета. 1993. - Вып. 5.. Т. ' 2.- С. 64-70. ■

44. Долгушева Е. Б.-, Чудинов В. Г.,' Щудёгов"В. Б. >•". йуравлев В. А. Методика расчета. потенциалов парного', взаимодействия в системах Fe-N, Fe-C,' уFe-fín-N, Fe-H'¡-C, Fe-Cr-N, -Fe-Сг-С // Вестник Удмуртского университета.. 19S3.. Вып. 5.' Т. 2. С. 40-50, -' "', .-:' .' /,/''-/:'- '• , ./

45. Шудегов В.Е.- Дисклинационная модель структуры аморфных веществ // Вестник Удмуртского университета. 1993. Вып. 5. Т. 2. С.71-80. V//4--Ó '-'-'..••/.. / •'" ';,.

46. Шудегов В. Е., Лихачев В.. А'. ; ^уразлев ;В. А.. Чудшюв ' В. Г. Бычков Д. А. Компьютерные эксперименты по аыорфизации крй'с- -таллов в условиях импульсных- внешних-нагрузок к- больших

.пластических деформаций ■// Физика и химия стекла. 1693. Т. 19, N 3. С. 473-481. : '

47. Каширин В.Б.Шудегов В.Е.; Компьютерные- • эксперименты ' по аморфазаций сверхструктуры Cu^Au дисклинациями // Физика н химия стекла. 1993. Т. 19, И З. С. 482-490. ,.

Цитированная литература ia. Полухин В. А., Ватолин H. A. Моделирование аыорфных металлов. М.: Наука. 1983. ' 286 с. . 2а. Лядин В. И., "Чудинов В. Г., Гондырева И. Л., Бычков Д. А,, Программа метода молекулярной динамики, ориентированная на моделирование.. физических процессов в . высокотемпературных ■' "сверхпроводниках. 199L Дея. з ВИНИТИ 13.09.92. £3 <?.

. За.Нихайлнн А. И. .Экономичный алгорпта подсчета взаимодействий э задача многих тел. Cd. докл. Всесоозного совещания по радиационная дефектам в кристаллах. Алма-Ата. 1977. С. 6-7. 4а. Гельчинскиа Б. Р., Юрьев А. А. ,• Ватолин А. А., Ухов В.Ф. Модельные потенциалы для 20 элементов // ДАН СССР. Т. 249, 1979.'С. 889-892.' ;', .',.-• ... . -. 5а.ГурсхиЗ 3. Ä, Псевдопотенциалы жидких й аморфных металлов . // Теория жидких- и • аморфных металлов: Тезисы научи.. coodse-■>. йий V Всесовэн. конф.'по строении и свойствам металлических и шлаковых расплавов. Ч. 1. Свердловск. УНЦ АН 'СССР, 1983. С. 32-34. • . 6а. Рыбин! В. В; Большие пластические деформации и разрушение ые. таллов." И.". Металлургия. 1S88., 224 с. 7а, Панин В. Е.,' Лихачев В. А., Грнняев Ю. В, Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука. 1S85. 230 с. II 3. С. 482-490.

Подписано к печати 15.11.93 Заказ £555. Тирах 100 экз. Объединение "Полиграфия"