Высокотемпературное внутреннее трение в сверхпроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

й 8. ^ 1 ^ з»

ХАРЬКОВСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

АРЖАВИТИН Владимир Михайлович

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ В СВЕРХПРОВОДНИКАХ 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ХАРЬКОВ - 1992

Работа выполнена в Харьковском физико-техническом институте

Научные руководители: доктор физико-математических наук профессор Финкель В. А. кандидат физико-математических наук. Шаповал Б. И.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Макаров В.И. СХФТИ, г. Харьков)

доктор физико-математических наук, профессор Андронов В.М. СХГУ, г. Харьков)

Ведущая организация: Харьковский физико-технический институт низких температур АН Украины со

ср&гО+есР

Защита состоится "——г--------" 1993 г. в ----- часов

на заседании спеиализированного совета Д 053.06.02 при Харьковском государственном университете С310077, Харьков-77, пл. Свободы, 4, ауд. им. К.Д.Синельникова)

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ХГУ.

Зв ое/еа&р

Автореферат разослан "—%-------*----" 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

В. П. Пойда

" ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

БИБЬ:''/' •-••• -

áfiliaabHQQlb.llESÍÍIStíS». Технические применения сверхпроводимости ограничивает существование критических значений Тс> Нс, J - в особенности J На величину Jc в значительной степени влияет микроструктура сверхпроводников. В качестве ведущего метода исследования микроструктуры сверхпроводников и формирующих ее процессов был использован метод внутреннего трения. К числу его безусловных достоинств следует отнести высокую чуввствительность к нестабильности микроструктуры вблизи температуры фазового превращения первого рода.

Необходимо еще учесть, что межфазные границы и границы зерен обуславливают появление ряда физических эффектов в сверхпроводниках, таких как пиннинг магнитного потока, слабые связи в ВТСП, межфазное либо зернограничное внутреннее трение и др. В силу этого знание процессов, протекающих в окрестности внутренних границ, позволяет прогнозировать поведение сверхпроводящих материалов в реальных условиях их эксплуатации.

ÜSab.HSSasaSSaaaa^ Целью настоящей работы являлось проведение экспериментальных исследований внутреннего трения в ряде сверхпроводящих и модельных материалов в области низких частот (1...150 Гц) и повышенных температур С >2$ С). Конкретно ставились следующие задачи:

-на основе полученных экспериментальных данных выяснить характер фазовых превращений в сверхпроводниках CYBagCugQ^, YBa2Cu40g+(5, Bi2Sr2Ca2Cti3010+5, НГ-50, Cu-Nb).

-изучить процессы газопоглощения и газовыделения в ВТСПС YBagCUgOy^, YBagCu^Og+g, BigSr2Са2Си3010+(53.

-изучить релаксационные процессы на внутренних границах раздела в моно- и гетерофазных материалах CYBagCugO^, Bi2Sr2Ca2Cu3010±(j, Cu-Nb, Cu-Cr, Be).

-дополнительно, методом электросопротивления изучить послекристаллизационные процессы в сверхпроводящем Zr-ZrV2 и модельном Cu-Cr композитах.

Изхаш_Н2В32На_ЕаЙХН<. В диссертации методом внутреннего трения Св совокупности с другими структурно-чувствительными методиками) показано, что фазовый состав и кинетика фазообразования в ВТСП (УВа2Си30у_5, YBagCu^Og+j, BigSrgCagCujO^Q+j) во многом определяются кислородной

3

нестехиометрией образцов и процессами газообмена с атмосферой.

В НТСП состава НТ-50 выявлена корреляция между фоном внутреннего трения и критической плотностью тока ,1с.

Показано, что релаксационные эффекты , обусловленные существованием в Си-ИЬ, Си-Сг, и Ве внутренних границ раздела, лимитируются количеством и подвижностью дислокаций, локализованных в приграничных объемах.

ОваЕХаНёгйаЗ-анаыИМССХЬ-ЕЗЙСТЙх. Приведенные в работе экспериментальные данные по формированию сверхпроводящих и вторичных фаз в рассматриваемых материалах могут быть использованы для оптимизации режимов их термообработки.

1. Температурные спектры внутреннего трения и динамического модуля Юнга металлооксидных керамик типа УН^Си^О-^ инвариантны относительно изоморфного замещения У на редкоземельные элементы 66, Ей, УЬ, Бу.

2. Нестабильность температурных спектров внутреннего трения и динамического модуля Юнга ВТСП-керамик типа УВа2СизО^_(< кислородному индексу <5, обусловлена кислородным обменом с атмосферой.

3. Эффект аномальной пластичности поликристаллических ВТСП-керамик 1и2^г2^а2^и3®10+с5 в узком температурном интервале 810-840®С, обусловленн фазовой нестабильностью образцов.

4. Реализуется цепочка фазовых переходов Ш^рг^Са.^Си^'Ог => В125г-£СиО,г => В^З^Са^Си^С^, в аморфных керамиках В^г2Са2Си20при кристаллизации из аморфной фазы.

5. Положительная корреляция между фоном внутреннего трения (Зф1 и критической плотностью тока в НТСП проволоках НТ-50, связанная с существованием межфазных границ "а-Т1 выделения-матрица".

6. Наличие слабой зависимости фона внутреннего трения ^ от температуры в НТСП проволоках Си-25вес. Шз, обусловлено ограниченной подвижностью Ю^см"^ дислокаций, заблокированных межфазными границами.

7. Пик внутреннего трения в Ве при температурах 100..,200°С обусловлен существованием здесь хрупко-пластичного СХГО перехода.

¿ПВ23й1Ш2_Е&221Ы<. По материалам диссертации опубликовано 15 работ. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 4-ом Всесовзном семинаре по физике прочности композиционных материалов

4

(Ленинград, 19803; на 2-ой Всесоюзной конференции "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа" С Днепропетровск,19823; на 2-ой Всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости СКиев,1989).

2&SH_H_SIfiXKX2E3_Bafi2IHi. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, заключения, примечания и списка литературы из 137 наименований. Диссертация изложена на 150 страницах, содержит 63 рисунка и 1 таблицу.

В2.&В£Л£ШШ аргументируется актуальность теш диссертации, сформулирована цель исследования, приведены краткая характеристика полученных результатов и положения, выносимые автором на защиту.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

В первой главе приведен обзор по внутреннему трению, связанному .с границами раздела и фазовыми превращениями первого рода. Сформулирована задача настоящего исследования.

В 1.1 рассмотрено внутреннее трение как физическое явление и рекомендации по его использованию в исследовании сверхпроводников.

В 1.2 обсуждается сверхпроводимость металлооксидных керамик.

В 1.3 отмечается, что внутреннее трение на низких частотах (1...150Гц) и при повышенных температурах (>20°С) в сверхпроводящих материалах является наименее изученным. В указанных интервалах условий эксперимента наиболее подробно изучено внутреннее трение ВТСП типа YBagCugOy.j, образцы которых удается получить однофазными и имеющими узкий сверхпроводящий переход. В то же время публикации подобного плана по висмутсодержащим ВГСП практически отсутствуют.

В 1.4 кратко освещаются проблемы аномального поглощения энергии упругих колебаний при фазовых превращениях первого рода, связанных с образованием новых границ раздела. По литературным данным в окрестности такого превращения в керамиках состава YBagCugOj.^ + x-Zr02 на температурной кривой внутреннего трения выше 740 С выявляется максимум. Подобная особенность отражает факт перехода ВТСП из орторомбической фазы' в тетрагональную. Одновременно, при температурах орто-тетра перехода происходит резкое улучшение пластических свойств образцов. Подчеркивается, что пластические эффекты в условиях фазовой нестабильности ВТСП в достаточной мере еще не изучены и необходимы дополнительные их

S

исследования на керамиках разного состава.

В 1.5 сделан вывод об актуальности исследований процессов выделения о-Т1 частиц в зависимости от условий трмообработки сплава НТ-50, выполненняемых методом внутреннего трения.

В 1.6 подчеркивается, что НТСП, работавшие в реальных системах , обязательно должны быть композиционными. В эвтектических композитах, работавших в нестационарных тепловых режимах, необходимо учитывать негативное влияние приграничной микропластичности на эвтектическую микроструктуру. В проблеме микропластичности эвтектик на сегодняшний день сложилась противоречивая ситуация, Несмотря на растущий интерес к свойствам (в том числе сверхпроводимости) направленных эвтектик, работ, посвященных изучению микропластичности эвтетик методом внутреннего трения, практически нет.

В 1.7 обсуждаются современные интерпретации пика внутреннего трения в Ве, расположенного в области существования его ХП-перехода 100... 200°С Отмечается, что несмотря на давность обнаружения этого пика, доказательств непосредственного отношения обсуждаемой аномалии внутреннего трения к ХП- переходу в научной периодике до сих пор не приводилось.

В 1.8 формулируются выбор и постановка задачи.

2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

В 2.1 описаны способы изготовления образцов.

Поликристаллические образцы размерами 2x2x20мм составов НВа2Си307_(5СЕ = У,СИ,Ей,УЬ,Су) и В125г2Са2Си3010±1у изготавливались с использованием общепринятой керамической технологии из смеси компонент Я^О^, ВаСОд, СиО и В120д, БгСОд, СаСОд, СиО соответственно.

Для получения образцов состава УВа^идОд.,^ применялась иная методика. Предварительно синтезированный сверхпроводник УВа^эСидО^ по обычной керамической технологии измельчали в порошок с размерами частиц * 1мкм и смешивали с эквимолекулярным количеством СиО. Из полученной смеси методами порошковой металлургии изготавливались искомые ВТСП.

Аморфные образцы висмутовой керамики приготавливались из смеси порошков, соответствующей формуле В^^а^дО^^. Расплав всасывался в кварцевую трубку с внутренним диаметром Змм и

6

закаливался в воду.

Ниобий-титановые проволоки были получены волочением слитков состава НТ-50 в медной оболочке до высоких степеней обжатия, с последующим стравливанием меди.

Направленная кристаллизация слитков состава Си-1,5вес. ^<Nb и Си-1, Звес. '/£г осуществлялась по методу Чохральского в интервале скоростей кристаллизации 0,8-120см/час. Композиционная проволока готовилась волочением полученных слитков на холоду без промежуточных отжигов с диаметра 4ми вплоть до диаметра 0,5мм.

В 2.2-2.5 описаны методики и экспериментальная установка, которые применялись при выполнении работы. Измерения электросопротивления образцов осуществлялись по четырехточечной методике с помощью потенциометра РЗбЗ. Механические свойства определялись на испытательной машине 1231У10.

Дифференциальный термический и терыогравиметрический анализы СДТА и ТГА) висмутовых керамик проводились на дериватографе системы "Паулик-Паулик-Эрдей" в диапазоне температур от комнатной до 900°С.

Сверхпроводящие сойства керамик изучалось индуктивным методом. Величина критического тока ,1С проволок, из НТ-50 определяли на образцах, помещенных в криостат УИС-1.

Рентгеноструктурный анализ СРСА) материалов проводился на рентгеновском дифрактометре ДР0Н-УН1 в Си-Ка излучении. Микроструктуру исследовали на металлографическом микроскопе МИМ-Ш.1.

В наших экспериментах внутреннее трение измерялось методами свободных затухающих и резонансных колебаний на инфразуковых и звуковых частотах 1,5-120Гц. Измерения внутреннего трения осуществлялись как в вакууме так и в воздухе. Последнее обстоятельство в основном относится к металлооксидным керамикам. Образцы ВТСП-керамик в держателях установки крепились клеющим составом на основе мелкодисперсного порошка окиси алюминия.

В 2.6 описан, разработанный на базе существующей установки, програмно-технический комплекс для автоматизированного измерения релаксационных свойств твердых тел САСНИ ВТ).

3. ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ И ДРУГИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛООКСИДНЫХ ВТСП-КЕРАМИК.

В третьей главе приведены температурные спектры внутреннего трения и модуля Юнга в ВТСП-керамиках состава УВа2Си307_^,

7

YBagCu^Og+jj и BigSrgCagCugOjg^, а также изучаются процессы фазообразования, газообмена с атмосферой в них. Обсуждаются зернограничный и пластический эффекты, обнаруженные в поликристаллических ВТСП-керамиках.

В 3.1-3.1.2 методом внутреннего трения исследованы газообмен и механизм реализации обратимого орто-тетрагонального превращения в системах типа YBagCugOy.^ (123-фаза).

В этих разделах рассматриваются упругие и неупругие свойства ВТСП-керамик на основе Y и редкоземельных элементов Gd,Eu,Yb,Dy. Приведены температурные спектры внутреннего трения и модуля Юнга керамик YBagCugO^, в которых содержание кислорода варьируется в широких пределах: 0,05 í 5 í 0,5 и 0,72 < <5 < 1 соответственно.

Эти спектры качественно различаются между собой. В первом случае обнаруженные пики внутреннего трения имеют релаксационную природу, во втором - отождествляются с тетра-ортогональным превращением кристаллической решетки, вызванным поглощением атмосферного кислорода предельно обескислороженной керамикой.

Оказалось, что релаксационные пики исчезают у предельно насыщенных кислородом образцов с 0,05 £¿<0.1, и наоборот, быстро растут по мере обескислороживания керамик. Энергия активации релаксационного процесса Н = 1,16 эв, вычисленная по формуле Маркса-Верта, для образца с 6 = 0,1 хорошо совпадает с теплотой растворения кислорода. Совокупность этих фактов позволяет связать происхождение релаксационных пиков внутреннего трения с интенсивным растворением атмосферного кислорода.

Кроме того, установлено, что релаксационные эффекты разбиваются на две группы с температурой максимумов внутреннего трения Ттах = 263. .. гягс и Ттах = 305... ЗЗеРс для керамик с кислородными индексами 0,05 < í Í 0.19 и 0,19 < <5 < 0,41 соответственно. В указанных концентрационных интервалах в

системах типа 123 , как известно, существуют орторомбические модификации I и II. По-видимому, орто-тетрагональное превращение реализуется не напрямую, а через образование промежуточной фазы II.

Термические спектры динамических величин иттриевых керамик с промежуточным содержанием кислорода 0,51 í 6 i 0.67 представляют собой смесь спектров, характерных для концентрационных интервалов 0,05 < d < 0.5 и 0,72 < с5 < 1 существования чисто ромбических и чисто тетрагональной фаз. Такие комбинированные спектры не стабильны и после первого же нагрева образцов вырождаются в спектры

8

насыщенных кислородом керамик из-за поглощения последними атмосферного кислорода.

В предельно обескислороженных иттриевых керамиках с 0,72 ¿ 6 í 1 регистрируется редкая ситуация. В них при температурах 355...380°С тетрагональная фаза переходит в орторомбическую за счет поглощения атмосферного кислорода, а затем при температурах i 6(кРс орторомбическая фаза вновь переходит в тетрагональную за счет выделения кислорода, то есть, дважды происходят полиморфный " переход: тетра => орто => тетра.

Изоморфная замена Y на редкоземельные элементы Gd,Eu,Yb,Dy в керамиках YB&jCugO^Ctf = 0,1) не приводит к качественным изменениям обсуждаемых спектров. В то же время, в образцах YBagCCu^ 25^0 ^ после частичного замещения Си

на Ад в 'исходных керамиках YBagCugOy.^.Cd 0.1) исчезает релаксационный пик внутреннего трения при 25$ С. Результаты экспериментов по изоморфному замещению металлов в решетке типа ^CYBagCugO^) указывают на определяющее влияние заселенности подрешетки слабосвязанного кислорода 04 на релаксацнонныэ

процессы при температурах 200... 500°С интенсивного кислородного обмена с окружающей средой, поскольку заполнение позиций кислорода 04 происходит в плоскостях СиС1)-0(4) между бариевыми слоямн.

В 3.1.3 исследована термическая стабильность систекы YBa2Cu40g±(5.

Согласно данным термогравиметрического анализа важным преимуществом ВТСП YBagCu^Og^ перед YBagCugOy,^ является термическая стабильность вплоть до температуры 850®С, где происходит распад 124-фазы по схеме 124 => 123 + СиО. Однако, з диссертации с помощью методов внутреннего трения и сравнительного рентгено-структурного анализа установлен факт раннего распада фазы YBagCu40g+(y на YBagCugOy.j и оксид СиО уже при температурах не вызэ 600 С. Начиная с этой температуры в образце развивается остаточная неупругая деформация * 1,3«.

В 3.2 изучаются релаксационные, пластические свойства, а такви кинетика кристаллизации из аморфного состояния в керамиках состава

Bi2Sr2Ca2Cu3°10±5'

В 3.2.1-3.2.2 исследуется зернограничная релаксация в

поликристаллических керамиках YBagCugOy.^ и Вi^SrgCagCu^Oj.

В этих керамиках при умеренных температурах 85...145®С наблюдаются пики внутреннего трения, отличающиеся тремя главншн

9

свойствами:

1.монотонное снижение высоты пиков с каждым последующим измерением до температур, не превышающих 200°С;

2. зависимость высоты пиков от скорости нагрева образцов. Причем, чем больше скорость нагрева, тем больше величины пиков;

3. зависимость местоположения пиков на оси температур от частоты проводимых измерений, что свидетельствует о его релаксационной природе.

Наличие двух последних свойств внутреннего трения обычно характерно для релаксации внутренних термонапряжений, развивающихся на границах зерен из-за анизотропии коэффициента термического расширения сопрягаемых решеток . На эту же причину появления рассматриваемых пиков указывает их отсутствие в аморфных керамиках состава В125г2Са2СизО}0+£.

Вычислены энергии активации данного процесса по частотному сдвигу в висмутовой СН = 0,78эв) и по формуле Верта-Маркса в иттриевой СН = 0,85эвЗ керамиках. Последнее значение Н превышает, известную из литературы, величину энергии активации СО.бэв) диффузии кислорода в керамике УВа2Сид0у_(у.

В 3.2.2 исследуется пластичность поликристаллической керамики ®*2^г2('а2^иЗ®10+(5 ПРИ высокотемпературном фазовом превращении.

В данной керамике при температурах 810... 840°С обнаружены пик внутреннего трения и резкое падение модуля упругости. Появление аномалий обеих динамических величин сопровождается повышенной пластичностью образца. На восходящей и нисходящей ветвях кривой дифференциального термического анализа СДТА) регистрируются всплески противоположных знаков С840®С и 800®С соответсвенноЗ, характерные для фазовых превращений первого рода. Таким образом, спонтанная пластическая деформация висмутовой керамики, наблюдаемая в узком температурном интервале, возникает в момент фазового перехода, когда кристаллическая решетка становится относительно неустойчивой. Об этом, в частности, свидетельствует смещение пластического эффекта в сторону больших температур на 8° в каждом последующем термоцикле при термоциклировании в температурном интервале, включающем в себя температуры 820... 846*0 интенсивного "выброса" сверхстехиометрического кислорода. По- видимому, потеря кислорода стабилизирует решетку В128г2Са2Си3010±(5.

В 3.2.4 исследуется кинетика формирования сверхпроводящих фаз в керамике состава В122г2Са2Сиз010+(5 при кристаллизации из

10

аморфного состояния.

В аморфном аналоге В12Й-2Са2Си3010+(5 посредством метода внутреннего трения и других стандартных методик обнаружена цепочка фазовых переходов, связанных с выпадением из аморфной матрицы различных кристаллических фаз к перестройкой кристаллографической структуры ВТСП-фаз по схеме В12$г2Са2Си302 => В^^СиОу => В125г2Са1Си20х (2223 => 2201 => 2212). Причем четырехкратный кратковременный нагрев образца до 850°С не приводит к полному упорядочение аморфной фазы. В этом случае, судя по соответетвуваему пику внутреннего трения, температура начала расстекловывания Тд смещается , с 410°С до 375%. Кристаллической фазы, соответствующей исходному составу В12Бг2Са2СизО^+0, в наших экспериментах не обнаружено. Таким образом, конечный продукт термообработки 2212(ТС= 85 К) кристаллизуется не напрямую из аморфной матрицы, а через образование промежуточной фазы 2201 = 10 К) при температурах 375...450°С).

4. ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ И ДРУГИЕ СТРУКТУРН0_ЗАВИСИМЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В четвертой главе приведены результаты измерений внутреннего трения, прочности, электросопротивления и критического тока сверхпроводящих НТ-50, Сц-№> и модельного Си-Сг композитов. Здесь же изучаются процессы, формирующие микроструктуру, в ходе технологических операций по изготовлению проволок.

В 4.1-4.2 исследуются процессы старения в сверхпроводящем сплаве НТ-50 методом внутреннего трения.

Фон внутреннего трения (Зф1 в НТ-50, как и величину критической плотности тока в сверхпроводниках второго рода, в первом приближении можно принять пропорциональным количеству выделившейся в результате термического старения вторичной фазы или площади межфазных границ . Общность причин, вызывающих оба явления, обуславливает положительную корреляцию между и ,1с,

установленную в настоящей диссертации, при различных режимах термической обработки проволок НТ-50.

Кинетика а-И выделений в НТ-50 при малых О 1ч) временах отжига изучалась посредством анализа временных зависимостей внутреннего трения. При изотермических отжигах по истечение 90

минут выдержки происходит скачкообразное понижение внутреннего

И

трения и по мере уменьшения температуры отжига скачок "размывается". Этот эффект вызван тем, что гетерогенное зарождение множества мелкодисперсных частиц а-Т1 в НТ-50 со временем ограничивает подвижность дислокаций и тем самым резко снижает внутреннее трение.

В 4.3 исследуются структурно-чувствительные свойства сверхпроводящих композитов Си-ИЬ. в том числе и внутреннее трение в них.

Электропроводность и прочность проволок из направленно-закристаллизованных композитов Си-1,5вес. Шз, как показано в диссертации, в существенной степени зависят от скорости кристаллизации V исходных слитков. Высокотемпературный фон внутреннего трения проволок Си-1,5вес.Шэ обнаруживает

относительно слабую зависимость от температуры.

Согласно литературным источникам плотность дислокаций,

заблокированных разветвленными межфазными границами, в таких

композиционных проволоках достигает предельно возможных величин

1 ? - ? 14 —? 10см - 10см . Дислокации .столь густо переплетены между

собой, что понятие дислокационной "сетки" здесь теряет смысл .

1 р — ?

Ограниченной подвижностью этих 10 см дислокаций может быть объяснена весьма слабая, в сравнении с поликристаллической медью, зависимость О^СТ) деформированных Си-ИЬ композитов. Для сравнения, слабая температурная зависимость О^СТ) медных усов, наоборот, объясняется предельно низкой плотностью дислокаций в них.

В 4.4 исследуются послекристаллизационные процессы в эвтектических композитах, а также их структурно-чувствительные свойства.

В 4.4.1 методом электросопротивления изучаются послекристаллизационные процессы в эвтектических композитах, способные изменить как температуру сверхпроводящего перехода Тс эвтектик, так и их фазовый состав.

Эвтектика Си-1,3вес. %Сг с малой объемной долей волокон является удобным модельным объектом для исследования послекристаллизационных процессов. Методом электросопротивления в наших исследованиях установлены профиль распределения остаточного Сг и его "эпитаксиального" осаждение на хромовых волокнах. Такая температура оказалась равной 770®С.

В 4.4.2 изучается электропроводность и прочность проволок состава Си-1,Звес.%Сг.

Электропроводность и прочность проволок из

12

направленно-закристаллизованной эвтектики Сц-1,3вес. ЯСг в существенной степени зависят от скорости кристаллизации V исходных слитков.

4.4.3-4.4.4 исследовано внутреннее трение композитов Си-1, Звес. У£г.

Все исследуемые образцы Си-1,Звес.ЯСг, кроме закристаллизованного с максимальной скоростью 47,5см/ч, показывают температурную зависимость при их термоциклировании в виде широкой петли гистерезиса, не наблюдающуюся в гомогенных материалах. Для образца, закристаллизованного со скоростью 47,5см/ч Сс максимальной дисперсностью структуры) петля гистерезиса трансформируется в максимум при при 400°С. Причем его поведение специфично. Во-первых, он появляется только в процессе охлаждения образцов, во-вторых, его возникновение имеет пороговый характер, а именно: при охлаждении от. температур выше 400°С.

Одной из причин появления значительного гистерезиса Q-1CT) в композиционных материалах служат потери при пластической деформации, обусловленной возникающими в процессе охлаждения термическими напряжениями. Исходя из известных коэффициентов термического расширения компонент была проведена оценка внутренних напряжения в композитах Си-1,Звес. %Сг. Для интервала охлаждения 700...400°С оценка дала значения напряжений в медной матрице +3кг/мм2 , в волокнах -159КГ/ММ2. Расчетная величина напряжения растяжения в матрице сравнима с пределом текучести отожженной меди при 400°С. По этой причине температуру 400°С максимума внутреннего трения можно отождествить с температурой наиболее интенсивного пластического течения матрицы. Поскольку эта пластическая деформация локализована в приграничных объемах, то пик наиболее явно проявляется в высокоЕисперснсм образце с наибольшей площадью межфазных границ.

5. ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ Ве В НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

В пятой главе исследуется внутреннее трение моно- и поликристаллического Ве. Обсуждается влияние примесей и структурного состояния Ве на аномальное поведение внутреннего трения при температурах 100...200°С.

Также как ВТСП, бериллий обладает некубической С ГПУ) решеткой

13

и также как в ВТСП при умеренных температурах 100... 200°С в поликристаллическом Ве регистрируется пик внутреннего трения. С повышением чистоты металла, при прочих равных условиях, происходит значительное уменьшение высты данного пика, его сужение и смещение в область более низких температур. Эти наблюдения полностью соответствуют поведению ХП-перехода в бериллии.

Дополнительно рассматриваемый пик обнаруживает:

1. независимость своего местоположения на оси температур от частоты измерений;

2. заметную зависимость высоты от скорости нагрева образцов;

3. свое практическое отсутствие у монокристальных образцов.

Последние два свойства указывают на ведущую роль межзеренных

термонапряжений в формировании этого пика таким образом, что ниже Тх внутренние напряжения быстро накапливаются при деформации, а выше Тх включаются релаксационные механизмы. Последние могут реализоваться посредством микропластичности в приграничных объемах в том числе. А примеси сказываются на аномальном поглощении энергии звуковых колебанийнем косвенно - через их влияние на Тх и механизмы релаксации напряжений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследованы температурные зависимости внутреннего трения в сверхпроводящих и модельных материалах, таких как УВа2Сид0у_(у, УВа2Си408+(5, В125г2Са2Сиз010+(у, НТ-50, Си-ЛЬ, Си-Сг, Ве. В итоге выяснены механизмы диссипации энергии звуковых колебаний в неравновесных термических условиях, связанные с существованием или образованием внутренних границ раздела в указанных материалах. Кроме того исследованы процессы газообмена в ВТСП-керамиках с воздушной атмосферой.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, заключаются в следующем:

1. в ВТСП-керамиках УВа^идО^ с кислородным индексом 6 * 0,1 аномалии внутреннего трения при 250® С связаны с поглощением керамикой атмосферного кислолорода.

2. Сильно обескислороженные ВТСП-керамики ^Ва^идОу.^ с кислородным индексом 0,72 ^ 6 5 1 испытывают тетрагонально-ромбическое превращение дважды:

а) при температурах 355... 388 С за счет поглощения

14

атмосферного кислорода;

б) при температурах ~ 600°С за счет выделения кислорода.

3. В поликристаллических ВТСП-керамиках ^i2Sr2Ca2Cu3°10+6 обнаружены зернограничная релаксация при 85... 145°С я повышенная их пластичность при 810... 840°С.

4. В аморфных керамиках BigSrgCagCugOj^.^ реализуется цепочка фазовых переходов, связанных с выпадением из аморфной матрицы различных кристаллографических фаз и происходит перестройка кристаллографической структуры ВТСП-фаз по схеме 2223 => 2201 => 2212.

5. Фон внутреннего трения Q^ и токонесущая способность Jc проводов НТ-50 имеет общую причину - существование межфазных границ "a-Ti веделения-матрица". Фон внутреннего трения сверхпроводящих проводов Си-25вес. Шэ создается 1012см~^ дислокациями, заблокированными разветвленными межфазными поверхностями.

6. В эвтектических композитах Си-1,3вес. У, Сг при нагреве и охлаждении в области температур 20... 700®С наблюдается широкий гистерезис Q~*(T), появившийся в результате локализованной вблизи полукогерентных межфазных поверхностей пластической деформации матрицы. Форма гистерезиса Q задается степенью дисперсности Сскоростью направленной кристализации V) исследуемых образцов.

7. Аномальное поведение внутреннего трения Ве в интервале температур 100...200°С вызвано существованием при этих температурах ХП-перехода. Предложен механизм реализации ХП- перехода.

Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Аржавитин В. М., Головин В.Н. , Тихинский Г. Ф., Финкель В. А., Шаповал Б. И. Температурно-зависимое внутреннее трение и модуль упругости высокотемпературных сверхпроводников состава YBagCugO^ // СФХТ. - 1989. - т. 2. - N10. - с. 153-156.

2. Аржавитин В. М., Раздовский Ю. Ю. , Финкель В. А. Внутреннее трение ВТСП-керамики RBagCu^Oy^CR = Y,Gd,Eu,Yb,Dy) при высоких температурах // СФХТ. - 1992. - т. 5. - N1. - с. 86-87.

3. Аржавитин В.М., Головин В.Н. , Тихинский Г.Ф., Финкель В. А. , Шаповал Б. И. Пик внутреннеего трения в высокотемпературном сверхпроводнике BigSrgCagCugO^Q+j в неравновесных термических условиях // СФХТ. - 1989. - т. 2. N12. - с. 54-56.

4. Аржавитин В. М., Вердян А. И., Головин В. Н., Тихинский Г. Ф., Финкель В. А., Шаповал Б. И. Аномалии свойств керамического сверхпроводника BigSrgCagCugO^+g при высокотемпературном фазовом

"15

превращении // СФХТ. - 1990, - т.З. - N9. - с.3050-2053.

5. Аржавитин В. М., Блинкин А. А., Вердян А. И., Головин В. В., Руденко А.Г., Финкель В. А., Шаповал Б. И. Исследование процессов фазообразования в металлооксидной керамике В^г^ра^Си^О^^ при кристаллизации из аморфного состояния // СФХТ. - 1991. - т. 4. -N11. - с.2222-2224.

6. Шаповал Б. И., Аржавитин В. М. Механизмы высокотемпературного фона внутреннего трения металлов: Обзор // ЩШатоминформ, Москва. - 1988. - 49с.

7. Шаповал Б. И., Аржавитин В. М. Внутреннее трение некоторых чистых . металлов и композиционных материалов // ЦНШатоминформ, Москва. - 1984. - 59с.

8. Аржавитин В. М., Рыбка А. В., Тихинский Г. Ф. , Черный 0. В. , Наповал Б.И. Исследование твердого раствора в процессе термической и механической обработки сверхпроводящего сплава НТ-50 методом внутреннего трения // ВАНТ, сер: ядерно- физические исследования (теория и эксперимент). - 1989. - вып.7(7). - с.36-39.

9. Петренко В. Т., Тихоновский М. А. , Бердник А. П., Сомов А. И., Олексеенко М. М., Аржавитин В. М. Диаграмма состояния и сверхпроводимость сплавов медь-ниобий // ВАНТ, сер: ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). - 1979. -вып. 3(9). - с. 20-24.

10. Петренко В. Т., Олексеенко М. М. , Тихоновский N. А., Сомов

A. И. , Аржавитин В. М. Ликалов А. И. Механические свойства и электропроводность проволоки из эвтектической композиции Си-№>. // ФХОМ. - 1982. - N1. - с. 137-139.

11. Свердлов В.Я., Бердник А.П., Тихоновский М.А., Аржавитин

B.М. Сомов А. И. Микроструктура и свойства сверхпроводящей эвтектической композиции 2. Сверхпроводящий переход, микротвердость и электросопротивление // ФММ. - 1980. - т.50. - N6. -с. - 1168-1173.

12. Аржавитин В.М., Сомов А. И., Тихоновский М. А. Влияние послекристаллизационных процессов на электросопротивление эвтектических композитов Си-Сг и Сих2г // Физика прочности композиционных материалов, Ленинград. - 1980. - с.149-155.

13. Олексеенко М. М., Сомов А. И., Тихоновский М. А. Аржавитин В. М., Пикалов А. И. Механические свойства и электропроводность проволоки направленно закристаллизованного сплава Си-Сг // Физика прочности композиционных материалов, Ленинград. - 1980.

16

с. 156-159.

14. Архавитин В. М. , Шаловал Б. И. Свердлов В. Я., Тортика А. С. Пик внутреннего трения в направленно закристаллизованных сплавах Си-Сг и А1-И1 // ВАНТ, сер.:ядерно- физические исследования Стеория и эксперимент). - 1989. - вып. 3(3). - с.66-68.

15. Тихинский Г. Ф., Папиров И. И., Аржавитин В. М. , Шаповал Б. И. , Плетенецкий Г. Е. О природе пика внутреннего трения в бериллии при температурах 100. ..ЗОСтС // МиТОМ. - 1992. N7.