Структура трикомпонентных сплавов Ga-Ge-Sn и Bi-Ga-Sn в широком температурном и концентрационном интервалах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

■л

Нацюнальна акаделпя наук Укра1ни тститут металофоики

на правах рукопису

КАБАН 1ван Григорович

УДК: 539.26; 539.213

СТРУКТУРА ТРИКОМПОНЕНТНИХ Р03ПЛАВ1В Са-Се-Бп ГА В1-Са-Бп В ШИРОКОМУ ТЕМПЕРАТУРНОМУ I КОНЦЕНТРАЦ1ИНОМУ 1НТЕРВАЛАХ

01.04.07 - ф1зика твердого тиа

Автореферат дисертацп на здобуття вчевого ступеня кандидата ф1зико-мзтематичних наук

Ки!в-1994

Дисертац]я е рукопис Роботу виконано в 1нстатут1 металоф!зики HAH Укра1ни

Науковий кер1вник: доктор ф!зико-математичних наук

1ль$нськия О.Г. 0ф1Ц1йн1 опоненти: доктор ф1зико-математичних наук

професор Харков Б.й. доктор техшчних наук Барабаш О.М.

Ведуча орган1защя: Льв1вський державний ушверситет \ im.i.Франка

на зас1данн! Спец!ал!зовано1 Рада К 016.37.01 при 1нститут! металоф!зики HAH УкраЮТ за адресом: 252680 МСП, КШв-142,

просп.Вернадського, 36.

ЕИдгуки на автореферат дасертащi просимо надсилзти за адресою: 252680 МСП, Кшв-142, просп.Вернадського, 36 1нститут металофIзики HAH Укра1ни.

3 дасертац1сю можна ознайомигись у б1блютещ Шституту металоф)зики HAH УкраКни

Автореферат розюланий " " 1994 р.

Вчений секретар Спещал1зовано1 Ради

Захист В1д5удеться " р. о год.

доктор ф1зико-математичних наук

Федоров О.П.

Загальна характеристика робота

Актузльшсть проблэми. Досл1даання структура метал!чних роз-1ыав!в - цв одна з фундамэнтальних задач ф!зики кондансованого стану. Сучасниа науково-твхнiчния прогрвс висувае шрэд ф!зичним матер Iалознавством ряд завдань, пов'язаних з отриманням нових, доска-нал1ших матер 1 ал! в з нашред задавши властавостями. Важливим зали-шасться питания взаемозв'язку р!дкого 1 твердого стант. Перед практиками CToiTb в1дкритою проблема вшшву на структуру закристал!зова-ho'i речовини шляхом говно* обробки розплаву (нагр!вання, вплив зов-Himsix пол 1 в, зм1на швидкосп охолодаення t т.д.). Все ширшого вико-ристання метал1чн1 розшгави набувають в якост! тешюнос t i в в атомних реакторах t робочих Т1л в МГД-перетворювачах. Особлив! гарспективи застосування мають piffci нашвпров1дники, вiдарит! А.Р.Рэгелэм. 1х можливост! визначаються широким темшратурним д(апазоном ст!якост! I В1ДМ1ННИМ поеднанням тэрмовлэктричних характеристик.

Зрозум1ло, що розробки р1зноман!тних технолог1ЧНИХ р!шень мо-жуть кати усшх та бути ефективними лише в тому випадку, якщо в ix основ! лежать ф1зичво обгрунтован1 уявления про процаси, що вдуваться в розплавах.

На початок виконання дано'! робота було досшдаено валику к!ль-ес1сть одно- та двокоипоненггних штал1чних розплав!в та накопкчена Загато ексгориментальних факт!в, як| св|дчать про складния, нвстати-зтичнии розпод!л атом 1 в р!зних компонент!в в р!дких сплавах. Пом1т-эих усшх 1в досягауто i в облает! 1нтарпретэц!i експериментальних цаних.

Однак, поряд з очевидаими досягненнями 1снують ! невир!шен1 питания. Як правило, на пракгиц! застосовушъся три- I б!льшв- компо-шнтн! розплави, а роб it, присвячених доел [дав кню 1х структури ду-

же мало. В тих роботах, як1 юнуотъ, вивчалась обмзжена к1льк!сть сплав1В, склад яких, очевидно, в б!льшост! обирався 1нту1'тивно. Дос-л1даення одного чи двох сплавIв у вузькому температурному !нтервал! не дозволять зробити грунтовн! висновки про будову розплав!в. В!Д-сутн! I метода матеиатичного опису композиц! иного ближнього порядку таких сплав1в.

Мета робота. Основним завданням дано!' робота була розробка методу КIЛЬК1сного опису Р03П0Д1ЛУ р[ЗН0С0рТНИХ ЭТ0М1В в трикомпояент-них метал!чних розплэвзх 1 досл|даення ближнього атомного впорядау-вання в разплавах трикомпонентних метал!чних систем евтектичного типу на рснов1 легкоплавких нашвюэтал1в та нашвпров1дник1в в широкому концентрац!иному I температурному 1нтэрвал1.

Для цього було необх1дно:

- Розробити програму для математачно! обробки результата рентгено-дифракцитого досл!даення трикомпонентних розплав!в.

- Розробити модель будави трикампакеютих метал!чних розплав1в, мз-тематачяии апарат яко! давав би мошшвють отримати к1льк1сну шфор-мзц1ю про розпод1л роносортних атомIв у сплавах, розрэхозувати кри-В1 1НТ9НСИВН0СТ1, структуры1 фактори та 1нш1 функц!I I параметри, що характеризують- структуру р|дини, як! в подальшому могли б бути по-ршняш з аксшриментально отриманими в(доав!дкими функц!ями та величинами.

- Провести екстариментальне досл1джения та комплексной анал|з будо-ви сплав)в Са-Се-Зп 1 В1-Са-Зп в р|дкому стан|.

, На.укова новизна. Розроблено комплекс прикладних прогрэм для забезшчення збору, збереження, обробки та !нтерпретац!1 даних рент-генодафракц!йвого эксперименту, розрзхунку модельних кривих 1ктен-сивностI I структурних фактор!в. Бшрше проведено модэлювання струк-тури трикомпонантних метал 1чних розшгавт на к!льк1сному р!вн!. До-

сл! давно структуру трикомпонентних розшгавт Са-йе-Зп : В1-Са-Бп в широкому температурному 1нт8рзал1 I у вс!й облает! концэнтращй. Ви-значено склад основних структурних одиниць розплав!в, концентрац12ш облает1 1 темпэратурн! !нтервали *х (снування.

Цэ дало дало можлив 1 сть.отримата так! результата:

- Встанозлено складну м!кронеодаар!дку будову розплав!в систем Са-Бп. Са-йе. Се-Бп. В1-Са, В1-5п. Са-Се-Зп. В1-Са-Бп в ус!й облает! концентрац!й ! в значному темпэратурному 1нтервзл! над температурою Л1кв!дуса.

- Провэданий анал!з дозволив для кожног досл!даеко1 системи визна-чити к 1 льк!сть 1 грэнкц1 кошдэнтраги йних ;нтервал!в (у випадку давних систем) .1 областей (у випадку трикомпонентних систем), в межах яких в розплэвзх юнують назм!нн! за складом 1 типом упаковки атомн! м1кроутворення.

- Показано, що дифракцигн! крив1 доел¡давних розплаз!в в пвзних концэнтрац1йних [нтврвалах (областях) е сумою дафракц!йних кривих сплав!в, якI лежать на межах цих !нтервал!в (у вершинах областей) -сплав1в опорних СЮШД1Б, 3 В!ДПОВ1ДНШИ КОвф1Ц!СНТаМИ.

- Встановлвно, що досягнут! в экспериментах гарегр!ви розплзв[в не вздуть до зм!ни складу м1кроугруповань, а лше до зменшвЕня IX роз-

М! р! В .• -

- З'ясовано, що для систем Са-Бп. Са-йе. Се-Бп, В1-Зп. Са-Се-Зп при плавлэнн1 та досягнутих в експэриментах шрегр!взх над л!кв!Дусом взаемна розчиннють компонент¡в на м1крор1вн! пом!тно на зм|иметься пор!вняно з твердим станом при температур! евтактики.

Наукова та практична ц!нн!сть. Отриман! в робот! результата-дозволять розвинути теорэтичн! уявлення про будову багатокомпоЕентних метал1чних розплав1в, сприяють прогнозуванна властивостэй р1джх ма-тзлIв та аморфних сплав!в. Запропонована модель м!кронеоднор1днох

будови трикомпонентних розшав1в дае можлив 1 сть к I лыс юно описати розпод!л р1зносортних атом!в в них.

Основа! положения, що виносяться на захист:

1. Модель м!кронэодаор|дно1 будови трикомпонентних мотал1чних розплавт .систем евтекгичного типу, математичний апарат яко! дае _можлив!_сть отримати к1льк1сну 1нформацш про розпод!л р!зносортЕих атомIв у сплавах, визначити тали м!кроугруповань, '¿х склад, сп!вв!д-ношекня мжроугруповзнь кожного типу, оц1нкти гх розм!ри ТЗ К!ль-к!сть атомш в них.

2. Структура розшгав!в системи Са-Се-Бп м1кронеоднор!даа. В ус1И облает! канцантрзц!2 в них м!стяться три типи однокомпанантних м1кроугруповань, як! збер!гаотъся в широкому температурному 1нтерва-Л1. В межах досягнутах температур (до 1500 К) не в!дЗуваеться ломаного горемнаування р! зносортних атом!в на м!крор!вн!.

3. Струкгурними складовими сплав!в В1-Са-Зп у р|дкому стан! с м!кроугруповання з атом1в яистих компонент1з та двокомпонентн! м!-

.кроугруповання з атом!в в!смуту 1 гал!ю та в!смуту 1 олова, склад яких залишасться нэзм1нним в межах широких концэнтрац!гних областей.

Апробатя робота та публ!кац!1. Основн1 рззультати та положения дасергтаЩ! допов!далксь ! обговорюзались на I Укра1нськ12 кайферен-цГх "СЗтруктура та ф!зичн! властивост! невпэрядаовапих систем". м.Льв!в, 12-16 жовтня 1993 р.

Матер!али дасертац!I опубл!кован! в 5 статтях.

Структура I об'ем робота. Дисартац!я м1стать вступ, три части-ни, висновки ! список використано* л'тератури 13 125 найманувань. Бона викладена на 147 машинописних стор!нках, включав 40 рисушив ! 3 таблиц!.

Зшст робота

У встуш обгрунтовано актуалыпсть обрзно! теми, дано характеристику уявлвнь про будову одно- та багатокомпонентних метал!чннх розплав1в, показано невиривен! питания та визначено завдання робота. Сформульовано основн! отриман! результата та положения, що виносять-ся на захист.

В пврдпв частин! в роздш I коротко викладэно основн! положения теор11 розс1яння рентген! вського випром!нювання одно- та багэ-токомпонэнтними некристал1чними матер!алами. Приведено р1вняння, щр дажать в основ 1 рентгенодифракц! иного методу досл1джэння структура р1дких та аморфних матер!ал!в.

У другому роздш розглянуто р1зн1 способи визначення парц|аль-них корэляциших функцт, на освов1 яких ведаться вивчзння компози-ц!иного бдижнього порядку. Показано основн! в!дм!нност! паршальних функщй, визвачених р!знши методами, проанал!зовано IX точшсть.

У трэтьому 1 четвертому розд!лах йдеться про р1зн1 метода отри-мання дифракцтниг кривих, основн! похибки, що виникзють шд чзс ексгорименту 1 на стад! I мзтематичнох обробки ексгориментальних да-них. Проанал!зовано фзкгори, як1 зумовлююггь появу похибок на цих етапах та обговорено способи шдвищэння точност! експврименту. Особ-ливу увагу првд!лено методам. математичшй обробки експеримвнтальних д-эних.

В п'ятому розд1л! описано високотвмпзратуркиа рентген тсыши дафракгометр. з горизонтальною вюсю обертання детектора та ренгге-н1всько1 трубки.Проведано ощнку точност! визначення основних струк-турних характеристик та вказано на сшс!б вибору режиму робота ресструючо* апаратури.

В друг!а частин! в розд)лах I I II йдеться про спроби теоретичного опису I моделювання будови р1дини. Зазначено, що не дивля-

чись на валику к1льк!сть !, здавалось би, ршномангтнють моделей, вс! вони можуть бути в 1 дна сен 1 да двох труп: тарш! в1дображають у явления про под1бн1сть р!дкого 1 газового стану рвчовини, друг! обгру-нтовукггь 1 снування в розххлав! атомних утворень, под!бних за типом упаковки атом!в да кристаллчного стану. Серед кваз!газових моделей ,р1дини розглянуто модель випадково* щ!льнох упаковки Бернала, модель щ(льно! упаковки тварцих сфер для одно- I даокомпонэнтних розшав!в. Як приклада кваз 1 кристалI чких модалай наведано модел! Принса, Стюарта, Ейр!нга, Архарова ! Новохатського, ф5^уктуац! йно-сиботаксичну модель Данилова та !н.

У третьому розд1 л! проведено анал!з погоредни досшдаень будо-ви метал!чни1 розплав!в. Особливу увагу прид!лэно стану питания про структуру багатокомпонентншс р!дких сплав!в, ! зокрема, трикомпонентних.* Зазначено, що роб!т, направление на вивчення структури цих об' ист 1 в проведено мало 1 за ¡хи!ми результатами не можна зробити горэконливих висновк! в про будову трикомпонентних р!ДИН. В зв'язку 3 цим вказано на нэобх!дн!сть досл!даэнь ближнього атомного впорядау-.взння в.розплавах трикомпонентних систем в широкому темгарзтурному ¡нтерзал1 1 у вст облает! концзнтрац!й.

В трепа частин! в Розд.1 мова йде про запрапоновану автором модель М1кронеоднор!дно1 будови трикомпонентних метал!чних розплав!в.

Коротко зупинимося на основних положениях модел1. Припускаеться, що розплави мощуть мютита м 1 кроугруповання одного, двох, трьох або чотирьох тип!в, як! роняться мш собою за складом I упаковкою ато-м!в. Всю область концэнтрад!й (концентрат аний трикутник) можна по-д!лиги на к!лька областей трикутшл або чохирицутнох форми. Сплави, як1 в1дпов1дакггь за складом вершинам цих геометричних ф!гур (опорш сплава) складаотъся з м!кроугруповань одного талу, вм!ст. компонент!в в яких в!дпов!дае IX концэгхрац!г в сплав!. Сплави, розмищэн! на

прямих, то з'еднують дв! сус(да! веривши складаються з м1кроугрупо-вань двох тип1в. Шлыасть мIкроугруповань в розплавах, що знаходя-ться вс8редин1 кожно* концентрац[гно1 облает! дор!внюе числу вершин гэометрично! ф1гури, яка обмежус дану область (три або чотири). При ЗМ1Н1 концэнтрзц11 компонентI в в розплавах в межах одн1С1 концвнтрз-ц!яно! облает! склад н1кроугруповань залишаеться незм!нним, змIшо-еться лише доля н!кроугруповань кожного типу.

Такэ зображення будови трикомпонентних розплэв1в дозволяе за экспериментально отриманими дифракщяними кривими, струкггурними факторами I функц!ями атомно1 густини сплав Iв опорних склад!в розраху-^вахи_адалог!чн! функцП сплав!в пром!жних склад!в, як! в годальшому можуть бути сш вставлен 1 з експеримантально одержаними функц!ями.

В робот! отримано р1вняння, за якими можна провести так! розрэ-хунки для областей трикутшл форми, тобто розплави я:ж шетять М1к-роугруповання трьох ташв.

Нэхаа с±, с2 1 с3- концэнтрац11 в сплав! атом!в шршого, другого I трэтього компонент!в, а с', с* ! с^ - доля атом!в ¿-го компонента в ' м1кроугрупованнях пзршого, другого 1 третього типу в1дпов!дно.

Припускаючи !снування в розшав! М1кроугруповань трьох тип:в, як1 розсиоють рентген !всьнэ випром1нювання незалвжно, треба ввести парц!альн! функц!1 розпод!лу атом!в у мIкроугрупованнях шршого, другого I третього ТИП!в - Р^<г>) рТ¿г>, В!ДПОВ1ДНО. Тод!

.серэдая по сплаву (та, що отримуеться з эксперименту) функц!я розпо-..Д1лу ахом1в сорту 1 навколо атом!в сорггу * запишеться у виглядк

с" с* с*

Р^ = с^р"00 + с^рР/^ + (1>

За таор!ега, !нтенсившсть когерентно розс!яного трикомпонент-

ним розплавом рэнттан1вського випром1нювання визначасться з р!внян-ня: • •

со

^ = сг4+ СЛ + * сгфггсп ♦

о

+ сзФэзс^ + г^Л'гР^^ + + ^г'г'зРгз^ ~

+ [VI+ + сэ'з) Р.] -^гг21«*. <2)

да /1, /£, /3 - атомн1 факггори компонент!в, р0 - саредня атомна гус-тина, £=<4.и$сп9)/А. - модуль вектора дифракц!*, Л. - довжина хвил!, 28 - кут Р03С1ЯННЯ.

Введэмо с®, сР, сТ; + + с| - 1; еР + с| + с| = 1; сТ + с|[ + 1)'- концвнтрацп компонент1в всэредин! м1кроугруповань шршо-го,. другого 1 третього типу в1дпав1дао. Зв'язок м!ж с* I с^ , с* [ сР с; 1 с7 визначасться виразами, як! легко отримати:.

с* =4-4—1-А п %-^ I ! <3.1)

Ф + + Ф

фсТ- Ф + фф Ф . сТ.сР- Ф

С«сс1- + с1ссг' Ф + С1 <гсг~ Ф

Ф + 4ссг~ Ф ♦ с1<4- Ф

Ф + сР<гса-1 2 + С1<Ф Ф

Ф + Ф + сТсс|- Ф

. , д-А „ :-4 д „ (3-2)

су. (3.3)

Позначимо коеф!Ц1енти при с^ , сР , с~1 в р!вняннях (3.1 - 3.3) .символами А, В, С, в!дпов1дно.

Зам1нивши в ршнянн! (2) середа1 по сплаву парщальн! функцП атомно1 густини р^ < г) на в1дтав1да1 функц11 зпдао <1), I, шрехо-дячи у в1 дпов1 дност1 з (3) до нових концантрацш, шсля нескладаих перетворень отримаемо:

05 ( 2 = * Ву^ * су*; + /4ХГ2| а(с?/1 + с%/з] р*

о

+ ЧФ1 + Ф2 + с!'з)2Р! + С{СК + Фг + ФЗ}3Р2 -- [^Л + сг/г + УЭ)2Р,

5£п гг , ... -ГГ-¿г. (4)

Тут У5-*» ув->» у^р Ро? р^; - 1 нтенсивност1 когерентно роз-

с!яного рентген!вського випром1нювання I середа! атомн! густани роз!

плав 1 в, що складаються з м!кроугруповань лише таршаго, другого або третьего тип!в в!дпов1дно. У ф!гурних дужках мютиться р!зниця се-редньо! атоыно! густини розплаву 1 суш середин атомних густян сплав!в опорних склад!в, з м!кроугруповань яких цзй розплав склада-сться, з В1ДШВ1ДНИМИ коеф!ц!снтами. Ц!лком лопчним с припущэння, що ця р1зниця дор!внше нули.

Ящо в р-н! (4) вираз в ф!гурних дужках прадявняти до нуля, то отримасмо:

1Сз> = А/цСз^ + ВГрСз^ + Суз;>. (5)

Преходячи до структурного фактора за Ашкрофгом-Лангресом, маемо:

сЪЬ с14+ сК

+ С—Ц——Щ <6)

сА* сА+ сЛ 7

Р1вняння (5-8) загальн! 1 можуть ¿ути використаними для будь-яко"1 облает!, в розплавах яко! м!статься три типи м!кроой-ластэн, кезалэжно в!д IX складу. В раз! в!дсутност! в м!кроу1рупо-. ваннях атом!в одного або двох компоненпв, в!дпов!дн! концэнтрзцН

ирир1ВНГОГЬСЯ до нуля.

Р1ВНЯННЯ <5 - 6) ушверсалън!. Ящо в них приртняти концен-трацш третього компонента до нуля, то ми отримусмо р|вняння для двокомпонентно1 системи. До того ж в них в!дсутн1 будь-як! шдго-ночн! параметри, що дае можливють провести корекгну шрэв!рку закладаних припущень, використовуючи експериментальн! дан1.

Запропонованиа п1дх!д передЗачае так! етапи досл!доення структура трикомпонентних розгхлав!в:

1) Вивчэння структура да 1 шла сплав!в, як! утвориоться попарно з . елементт, що входять в дану тртну систему.

2) Назначения числа канцзнтрац[2них областей 1 конца нтращй компонент! в в сплавах опорних склад!в для kohchoi концентрзц1гноi облает!.

3) Зйомка рэнтгэнограм, розрахунок структурних фактор1в для сплав!в опорних склад1в.

4) 320МХЗ рентгэногрзм для сшив1в, як1 лежать всэредин1 кожнох концентрат mo'i облает1, розрахунок струкгурних фактор1в.

5) Розрахунок за р!вняннями (5-6) дафрзкциших кривга 1 струкгурних фактор!в для досл!дауваних сплав!в за в!дпов1дними кривими опорних сплав 1в.

6) Пор!вняння розрахованих функц!2 з експэриментзльними.

..II I III разд!ли трвтьа'г частили приезячен! екешриментальному .досл1джзнню структури розплзв!в трикомпонентних систем Ga-Ge-Sn ! Bi-Ga-Sn в ус 12 облает! концэктращй i в широкому температурному !н-тервал! нзд л1кв1дусом.

Система Ga-Ge-Sn. Просторова д!аграма стану системи Ga-Ge-Sn обмежена трьома дв!И-ними Д1аграмами стану: Ga-Ge. Ga-Sn l Ge-Sn. Як св!дчили результата попередни досл!даень, розплави дашних систем евтектичного типу, в

яких компонента практично не розчинякггься один в одному, складають-ся, в основному, з однокомпонентних атомних м1кроугруповань. Зважая-.чи .на цеи результат, ми припустили, щ,о t в трикомпонентних системах, утворвних елэмэнтзми, взаемна розчиншсть яких мэнша 1%, розплззи будуть м!стати лишэ однокомпонентн1 атомн1 утворення. Система Ga-Ge-Sn, на наш погляд, с саме такою.

Baöip Ц!ei системи зумовлвний тзкож р1зницею атомних розм!р!в i низькоя температурою л!кв!дусу в ус1й облает! концэнтрац!й. Перге дозволяло оч!кувати появу суттсвих в1дм!ЕНостей нз рентгенограмгх, структурних фзкторзх I ФРРА. при зм!Н1 концентрац11 компонент!в у сплав I. Друге давало монслив!сть провести досл!даення при дасить великих neperpiBax над температурою л!кв!дуса.

Bei досл!даення структури сшгав1в Ga-Ge-Srt в ргдаому стан( проводились при температурах 1230 ! 1500 К. Дифрантограми отриман! з МоКа-вкпром1щшаЕШ при зйомц! в геометр!i на в!дЗивання на 9-0 диф-рактометр!. Граф1товиа монохроматор був встановлвнш на розе 1кному пучку. Точн!сть отримання ос^овних структурних характеристик наведена в таблиц! I. •

Таблиця I

параметри S 1 tCs _> 1 А* 1,-2 As I г 1 I 1 N

похибка,.% -0,5 =3 -7,0 -8,0 j-1,0 -10,0 -10,0

Пэра нш приступата до досл1деення структури трикомпонентних розплзвI в необх!дно було вивчити будову розплав!в двишгас систем, утворзних попарно элементами -григно! системи.

В результат! проведение досл!деень нами було встановлано, що з .розплавах систем Са-Кп. Се-Бп ! Са-Се збер!гаеться м!кронводнор!дна структура при досить великих пэрегр!взх над температурою л1кв!дусу (до 1500 К). Стругсгурними складовими розплав1в е, в основному, м1-

кроугруповзння з атомib чистих компонент!в, д!зметр яких становигь

о

20-30 'A. Mlкроугруповзння мiстять до юлькох сотень атом1в 1 охошво-втгь к!лька координат аних сфер.

Дан! висновки шдгвердауються, наприклад, такими фактами:

1. 3 мо дал! м i кронеоднор ! дно ï будови розплзв!В випливае, що в межах одного концентратаного !нтервалу 1ятэнсивн1сть когерентно poseí яного зразком рентген1вського випромлнювзння г со повинна змиэюва-тись л!н!ино при будь-якому ЗНЭЧ9ННi векторз дифракцй' s. На рис.1, де зобрзжено концвнтрзц!khi ззлэжност! для системи Ga-Sn, видно що вони Л1Н1ЕШ у вс!Я облает! концентрац!И (I = 1500 К).

Рис.1. Концэнтрзтиш залежност1 ics> для даяких значень s. I: s = 2.25 Г1; 2: s = 2.46 Г1; 3: s = 2.70 Г1; 4: г = 3.75 Г*; 5: s = 8.70 Г*.

2. Про iснувзявя одноатомних mi-крооблзстей в розплавах Ge-Sn cai-дчеть i тоа факт, що на головному максимум! ФРРА сплаву CeS9 sSn4û t появляться двз П!ки, положения, яких добре в!дпов!дають положениям пйгавних' максимум!в ФРРА чистих Ge ! Sri (рис.2).

Рис.2. ФРРА сплаву GeSâ 0Sti4O г Ge та Sri при 1230 К.

3. Bei структурн! фзктори, розрзюван t на основ 1 струк-турних фактор!в опорних спла-в1в, сшвпадашъ з в!дпов!д-ними екешршэнтально отрима-ними функц!ями в межах екста-риментально)! похибки (рис.3).

Рис.3. Екстаримевтзльн! (-) 1 розрахован! (*) структурн1 фактори сплав!в Ga-Sn. при 1500 К.

« в S. 1/4

На рис.4 зображвно концентратгнш трикутник для трикомпонент-но1 системи Са-Се-Яп, на якому точками позначено досл!даен! сплави. Вибрано два прямол1нтних первр!зи. В сплавах перер!зу АР суттево змисоеться концэнтрац!я олова (в!д 0 до 92,9%), а герман 1 ю I гаяю -Рис.4. Концентрациями трикутник £Са

системи Са-Се-Бп.

Досл1даен! сплави: А - Сее8 ¿С^ е;

в ' Сагв. з^зз. 73пго • с Саг2-

^.в80».^ ° ~ Са17.1Сеа?.93пзз: В -Са.^^з гЗ^; Са^Бп^

Ао. 1 Ь" Са10^51.078пЗЙ.93

р - ^о^г^в! 0 - Са753пгз • слабо. В сплавах пврер1зу КС, навпаки, концентрад1я олова зм!нюеть-

ся слзбо (в!д 25 до 40%). Тзкии виб!р об'екпв досл!дження дозволяв,

по-пэршэ, провести перев!рку вс!х висловлених припущень про струк-

80 (00 дтошшй процент Sa

туру розплавIв 1, по-другз, проел !дкув эти за вплизом розм!р[в атом!в на вигляд структурних фактор!в I функцш рад!ального розпод!лу ато-м!в. Внасл1док пометши р!зниц! (-13%) в дометрах атом)з олова (3.19 &.) та галио (2.&3 X.) 1 германт (2.82 %.) вигляд структурного фактора р!дкого олова В1др1зняеться досигь суттсво в1д форми структурних фактор!в Са 1 Се, в!д-м1нност1 М1ж якими незначн! (Т1 льки в облает! головного максимуму, рис.5). Нагб1льшз гюм!тно в1дм1нност1 в положен-н! максимум!в.' Так, максимуми структурного фактора Бп зеу-нуп в сторону менших 3 пор!в-няно з Са 1 Се.Структурн! фак-' тори сплав 1 в розр|зу АЗ? в1др1знякггься досигь 1 стотно, а структурн1 фактори сплав!в розр1зу КС - не так пом1тво, що пояснюеться причина-..ми,. викладеними вищэ 1 р1зним стугзнем зм!ни коньэктрзцп олова в сплзвах обох розр!з!в. Особливо добре цз видно на рис.6.

в приведэних коорданзтах (1230 К).

Рис.5. Структура! фактори галио, герман!Ю та олова при1230К.

Щэ одним сераозним фактом, якшз сз1дчить про юнування в роз-плавах Ба-Се-Бп м!крообластей з! структурой, близькою до структури чистих компонент!в с розщеплэння головного максимуму ФРРА для сплаву 0322 36есэ -^п^, що показано на рис.7. Видно, що на головному максимум! ФРРА сплаву появляться два шки, положения яких до-сить добре в!дпов!дакггь положениям головних максимум1 в на ФРРА чистих галш, германно ! олова, в!дпов!дао.

Рис.8. Ексшримёнтальн! (-) ! розрзхован1 (*) сплав!в Са-Се-Бп розр!зу АР (а) 1 КС (б) при 1230.

сплаву Са^зСезз^Бп^.

Рсзрахунок структурних фактор!в дяя bcix трикомпонентних сплав ! в .в ¡вся на основ! екслериментально отриманих îcsï р|даих Ga. Ge t Sn гз р1внянням (6). Спостер!гасться добре узгодкення розраховэних 1 ексшржентзльних функщй (рис.8). 1аким чином, на основ! bcix фак-Т1в, приьчдених вице, можна сказати, що сплави Ga-Ge-Sn м!кронеодно-р!дн1 у вс!й облает! концэнтрацш. Вони сгсладаються з трьох тип1в м!кроугруповань, кожниа з яких mi стать в основному атоми одного компонента. Оц!нка уозм!рIв м!кроугруповань кожного тицу (табл.2) св!д-чить про тэ, ар воги охоплхнлъ юлька координацизшя сфер 1 мютять до к!лькох сотень атс.м1в. Суттевою е z та обставина, що в розплзвах Ga-Ge-Sn поблизу темгорэтури л1кв!дуса 1 при б1льш високих температурах не спостер1гасться пом1тного пврэмияування р!зносортних атом1в на м!крор!вн1.

Таблиця 2

Основн! структурн! характеристики р! дао: Ga, Ge ! Sn

Об'ект • досл(дження Темп.,К * .Г1 iCs Э i V* V* N

__570__ 2, 03 г.ео _l.li.S_ 340

Ga __1§30_ 1 .67 2.76 _9.е__ 170_

1SOO 2. 53 1 .37 2.78 9.0 140

570 2.2S г, зе 3.15 14.6 430

Sn 1230 2.2Ô 1 .79 3,13 12.0 1SO

1500 2.23 1 .es 3.15 10,7 110

Ge __1230_ _2.50_ ._48_ _2j_71_ 170_

1S00 2.49 1 .44. 2,73 8.6 120

Система В1-Са-Зп.

При вибор! другого об' скта Д0сл1Дження ми намагались знаати та-ку трикомпоненгтну систему, в сплавах яко* кр1м однокомпонентних мог-ли.б мютитась I двокомпонентн 1 к 1 кроугруповзння, алв не було м!кро-угрухювзнь з атом 1 в трьох елэменпв. На наш погляд система В1-Са-Бп е сама такого.

Враховуючи результата досл!дження структури розплав1в В1-Са. Са-Бп ! бэручи до уваги Д1аграму фазових р!вноваг В1-5п, а також та» факт, що олово нэ розчинясться Н1 в галио, н1 у вI смут!, можна оч1-кувати, щр в р1дких сплавах В1-Са-Бп м!стяться к Iкроугруповання з атом!в чистих компоненпв I двокомпонентн! м!кроухруповання з атом1в вюмуту 1 гал1ю та вюмуту ! олова (так1 ж, як I в розплавах двтншс систем на основ1 цих елэмэнпв).

Як 1 в випадку системи Са-йе-Бп, внасл!док низько'г температуря л!кв[дусу у вс 12 облает концентрац!й ми могли провести екешриментя при досить великих пврзгрлвах. Досл1даення структури р!дких сплав!в В1-Са-Бп були проведен! при температурах 570 1 970 К.

Система В1-Са досл!джувалась ранила методом рэнтгвн1всько1 диф-ракцп в СиКд-випромютванн! при температурах 570 I 1070 К. Встанов-лвно,що в систем1 В1-Са юнуе три концантрацшнюс !нтервали: першиа-В1д О до 48% ат. Ба; другая - В1Д 48 до 91,5% ат. Са 1 трена - в!д 91,5 до 100% ат. Са, в межах яких М1 кроугруповання залшпаотъея нэ-зм!нними за складом 1 типом упаковки атомт. Шдвищзння температура розплав!в веде лише до змендання розм!р1в м!кроугруповань.

Наш; досл)дження показали, що вся область концентрацШ системи В1-Бп д!литься на два !нтервали з опорними сплавами В1, В^д ^п^^ 1 Бп. Встановлэно, що м!кроугруповання, склад яких в!дпов!дас опор-ним сплавам, збер!гаються в межах визначених концентрат аяих 1нтер-вал!в I при досить великих горэгр!вах над температурою Л1кв!дусу.

Враховуючи все вищэсказанв, ми припустили , що в тр1иних сплавах В1-еа-зп присутн1 М1 кроугруповання з чистих компоненпв 1 двокомпонентн! м! кроугруповання склад1в В^ 3 > 1 Бп^ _ 0, В1з2Са4а I В1В13Сад1>3. Весь концзнтращйниа трикутник (рис.9) можна под1лити на три облает!: дарша - трикутна, з вершинами в точках В1, В^йа^ (сплав Т) 1 В^з 1Бпав е (сплав *); друга - чотарикутяа, з вершинами:

Атомкий процент Sa

в точках Bit3>1Sneße, BlS2Ga4ö, В1а>5СаЭ1>5 (сплав Р) I Sn; трвтя трикутна - Blg gGOg^g, Ga, Sri.

Рис.9. Концентратгний трикут-ник скстеми Bi-Ga-Sn. Досл!даен1 сплави:

А ~ B1se.7Gaie.7Snie.ß; в " B1S0Ca3SSni5: С - Bi4SGa20Sn35: D - Bt3SGaioSnss"< R - BieoSlW * ~ ^зл^.е: M " BL7SrW G ~ B132.9Cai2.1SlW Q -»^З.З^Эв. 7Sn!5: T - B1S2Ca48; X" B135GaS0Sni5' N~ B1l£.7&aS5Sn32.3: Z" В^0Сав3ЗП15

B119. A6.ßStW H - ^.s^.e^s: F - ßis.Ai.s-R - Bi4Ga81Sn15; L - B^Ga^Sr^.

Структурн! фактори сплавт, як1 лэжать на прям12 tw розрахову-валксь за аналог 1чними функц!ями сплав!в В^2СаА0 1 В^д^Пдц^, структура! фактори сплавib, що знаходяться на прям!й FSn були розра-хован! за структурнши. факторами розплавт Big sGag1(5 t Sri. Дал1 розраховувзлись структурн! фзктори сплав!в, що м1стяться всередан! концантрац!яних областей трикутно'1 I чотирикутжп форми. В цьому ви-падку опорники були сплави, розм1щзн! у вершинах данох геометрично* ф!гури. На рис.10 зображено структурн! фактори опорних сплав1в.

На рис. II зображено розраховаш 1 ексгориментальн! структурн! фактори для деяких з досл!даених сплав ib. Вадно, що розрахован1 1 ексшримэнтальн! крив! сшвпадать дуже добре. Спроба розрахуваги структурн 1 фактори за аналопчними функц!ями сплав!в, в!дм!нних в!д опорних приводить до суттсвих в1 дхилвнь теоретичних iCsi в!д експа-риментзльних (особливо пом1тною с зм!на положения максимум!в та м!-

-Ъ—ГГ/к

8. 1/А

Рис.10. Структура! фактори опорних сплав!в при 970 К.

Рис.II. Експвримвнтзгън1 <-) I розраховзн! («) ¿Сз^ сплав!в В1-Са-Зп (К, В, N. И на рис.9) при 970 К.

8 8. 1/1

Н1мум!в структурних фактор1в). Цэ добра видао на рис.12, да показзно вкспвршантальнI структурн! фактори душ сплав!в N I В, а також роз-рахован! крив1. В одному випадку розрахунок в!вся за опорвими сплавами, а в другому за в1дпов|даими функщями чистит В1, Са 1 Бп.

Добрэ узгодеення розрзхунку з экспериментом, в!дсутн1сть у ви-користаних р!вняннях будь-якях шдгоночних пзрамвтр1в, а також сут-

Рис.12. Структурн 1 фактори сшиву К - В:Ц,2.7Са535ПЭ2.Э

1 В- В^Свзд&^д при 570 К. - експериме нтальний;

а)---розрахованиа за ¿сз^ опорних сплав!в;

б)---розрахованиг за ¿сш чистих В1, Са 1 Бп.

Таблица 3

Основш структура! характеристики опорних сплав!в

Об'скт Д0СЛ1ДЖ9ННЯ Темп.,К V*-1 ¿Се .> 1 V* N

В1 570 а.07 2,13 3.32 13,3 270

070 2.08 1.73 3,30 11.3 170

Ба 570 2.54 2.03 2,80 11 .8 340

07О 2-35 1,7в 2,78 Ю.7 2ВО

Ба __570__ 07О _2.2в_ 2.24. 1.05 _злз_ 3.13 _14л_в_ 12,3 ало

570 2.16 1.83 3.23 10.8 180

070 2.17 1.ВЗ 3.28 0.8 120

»8.5^1.8 __570__ 070 2.4.3 1.53 .2.88_ 2.03 0.0 250_ 120

вЧз.1Бпэв.е __Б70__ 070 2.21 _2,22_ 1 .87 _3.20_ 3.18 13.8_ 12.3 4.20 _ 270

тев! в1дм!НЕ0ст1 структурних факторт сплав! в опорних склад! в (рис. 10) шдгвердауотъ наш! припущэння. Таким чином, можна сказати, ..що структурними складовими трикомпонентних сплав!в В1-Са-Зп е м!кро-угрупавання з атом!в чистих компонент!в та двокомпонентн1 мIкроугру-повання складу Са48, ВЦ^Са^^ 1 В^^Бл^д.

Розм!ри м!кроугруповань I м!Н!мально можливз число атом!в в них подано в табл.3.

Основн! висновки

Ззпропонована в робот1 модель м!нронеоднор1дшп будови трикомпонентних мзтал1чних розплав!в ! ii використання при [итерпрэтацп ексгорименталъних даних дали можливють зробити пввн! висновни про структуру р1дких сплав 1 в систем Ga-Ge-Sn I Bi-Ga-Sn в широкому температурному. I у вс! 2 области концэнтрац!Я. При розрахунку структур-.них фактор!в iCa) для сплаву дов!льного складу за р!внянням (6) ви-користовувались аналопчн! функцй' сплзв1в опорних склад!в. При цьо-му в рIвняннt змtнизались,т!лъки вэличини концентрац! i кокпоненПв с в сплав!, для якого в!вся розрзхетдх. .Bei репггу параметри (с*, с;, с*. /.), а також функц!1 t^sJ залишались незм!н-

ними в межах одного концентрат гного 1нтервалу (чи концэнтрац!йно1 облает!). Цэ , очевидно, значить, що в розплавах з р!зним bmictom компокент!в в межах одного концентрзцlsnoro 1нтервалу (обласп) ic-нуотъ однаков! (за складом, типом упаковки атом1 в I розм!ром) атомн! утворення, як! розспошть рентген1вськ1 промен! незалэжно.

Беручи до увзги в!дяосно мале зменшення розм1р!в мIкроугрупо-вань (-15-25*) при шдвищенн! темгоратури на 500 - 900 К (Табл.2, 3) . вони, виглядаоть досить стаб!льними атомними утвореннямиЛоя факт, що добре сп!впадання розрахованих 1 експериментальних кривих спостер!-гасться у випадку, коли досл!даення вен сплав!в (опорних 1 пром!ж-

них склад)в) виконан! при однаковт темпэрзтур1 також ев!дчить на користь. стаб!льностI м I кроугруповань.

В ц!лому, проведен1 доел!дження дали так! результата:

1. Встзновлено, що розплави дво- та трикомпонэнтних систем Ёа основ! Са, Се, Бп ! В1 мають складну м!кронеоднор1 дну будову в ус(2 ббласт! концвнтрац!й ! в значному температурному !нтервал! над л!кв1Дусом.

2. К!лькюний анал!з показав, що вся область концентрац!й б!нарних розплавт д]литься на концентраций! Штервали, а у випадку триком-понэнтних - на концэнтращйн! облаетк Всередан! ¡южного концентра-ц1иного иггервалу (облает!) незалежно в!д складу розплаву структурн1 складов! залшзються Евзм!нними. Склад атомних м1кроугруповань в!д-пов!дас складу опорних сплав!в, як'! являться однострукгурними.

Так для розплавт систем Са-Бп, Се-Бп, Са-Се встановлено юнувзння одного конвентрац!иного !нтервалу, меж! якого сшвпадають з чистши компонентами. Структурними складовими розплавт цих систем с однокомпонантн! атомн! м!кроугруповання.

Концентратяна область системи В1-5п Д1литься на два концэнтра-щвних !нтервали: В1д чистого в! смуту до сплаву В!^ .Зг^з 0 I В1д В!^ ^п^ е до чистого олеза.

У випэдку систэми Са-Се-5п ме;ю концентрац!йкс1 облает сш впадать з межами всього коЕЦЭятрзш кког'о трикутникз ! структурними складовими розплавт е мтроугрупсвэшзя з атом! в чистих компонент т.

Для системи 81-С-а~Зп встановлзно юнування трьох концентратй-них областей: пьрзо:, тр'.'ъутноI , з вершинами в точках В1, ВЦ2Са48 !

з 13пзе д ; друг о: - четирикутно!, з вершинами в точках В11Э Бо^ В1.;.,_.С-а4в, ^ I 5п; трзтьог, трикутно! форми -

3. Пер 1внякня отримзних результат!в з дтгрзмами фззових р!вноваг систем Сй-5п, Се-£п, с-а-£е, В1-Зп лас ш дстзви взажата, цо, пркнаам-

hi для цих систем, при плзвленн! 1 досягнутих в експериментах пере-rpisax взаемна розчиннють компонент!в на м!крор1вн! помпгно не зм1-нюеться пор!вняно з кристал1чним станом при температур! евтектики.

4. В розплавах системи Ga-Ge-Sn при нагр!В! до 1500 К не в!дбуваеть-ся пом Iтного перемIшування р!зносортних атомiв на MiKpopiBHi.

5. Досягнут! в експериментах перегр!ви розплав1в не ведуть до зм1ни складу I типу упаковки атомних м1кроугруповань. 3 шдвиценням текта-ратури розплав!в розм!ри м1кроугруповань зменшуються.

6. Визначено мшмально можлив! розм!ри м 1 кроугруповань кожного типу ! к!льк1 сть атом 1 в в них для всix досл!джених систем. Отриман! дан! св1дчать про те, щ,о м1кроугруповання охогшжггь досигь велику к!ль-к!сть координатйних сфер i мiстять до к1лькох сотень атом!в.

Основнии зм1ст дисертацП викладено в роботах:

1. Строение сплавов галлий-олово в жидком состоянии/Ильинский А.Г., Кабан И.Г., Слюсаренко С.И., Хойер В.// -Металлофизика. -1933. -15,2. -с.66-71.

2. The Structure of the Ga-Sr> Alloys in the Liquid State./ A. G. II-jinsky, I.'G. Kaban, S. I. SI yusar enko, W. Hoyer/ -Phys. Stat. Solidi/ to be published.

3. Модель микронеоднородного строения трехкомпонентных сплавов в жидком состоянии./А.Г.Ильинский, И.Г.Кабан, В.А.Коробов, С.И.Слюсаренко и др.¿/-Металлофизика. -1993. -15,5. -с.87-92.

4. Атомное строение сплавов Ga-Ge-Sn 6 составов в жидком состоянии. , /А.Г.Ильинский, И.Г.Кабан, С.И.Слюсаренко и В.Хойер//Металлофизи-

КЭ. -1993. -15,8. -с.42-48.

5. Строение трехкомпонентных сплавов Bi-Ga-Sn в жвдком состоянии. /Ильинский А.Г., Кабан И.Г., Коробов В.А., Слюсаренко С.И.//- Металлофизика. (в печати). ,. „ с

Кабан И.Г. Структура трехкомпонентных расплавов Ga-Ge-Sn и Bi-Ga-Sn в широком температурном и концентрационном интервалах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела, институт металлофизики Национальной академии наук Украины, Киев, 1994. Защищается 5 научных работ, которые содержат теоретические и экспериментальные рентгенографические исследования строения трехкомпонен-тных металлических расплавов. Предложена модель микронеоднородного строения тройных сплавов в жидком состоянии. Установлено микронеод-нородаую структуру расплавов Ga-Ge-Sn и Bi-Ga-Sn. Определены типы и состав микрогруппировок, концентрационные и температурные пределы их существования.

Ключевые слова: рентгеновская дифракция, трехкомповентвые металлические расплавы, микронеоднородная структура. Raban I.G. The structure of threecomponent Ga-Ge-Sn and Bl-Ga-Sn melts in a wide temperature and concentration ranges. Dissertation for competition oi candidate's degree on physics and mathematics sciences, speciality 01.04.07 - solid state physics, The Institute lor VJetal Physics, Ukrainian National Academy oi Sciences, Kiev, 1994.

5 scientific papers containing the theoretical and experimental x-ray diffraction studies of the structure.of threecomponent metallic melts are defended. The model of microheterogeneous structure of ternary alloys in the liquid state has been proposed. The microheterogeneous structure of Ga-Ge-Sn and Bi-Ga-Sn melts is established. Type and composition of the microgroupings, the concentration and temperature limits of their existence have been defined.

Key words: x-ray diffraction, ternary metallic melts, microheterogeneous structure.