Файл: Шиняев А.Я. Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.07.2024
Просмотров: 107
Скачиваний: 0
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
И Н С Т И Т УТ М Е Т А Л Л У Р Г И И им А. А. БАЛКОВА
А . я . Ш и н я е в ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
И СВОЙСТВА СПЛАВОВ ПРИ ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « Н А У К А»
М О С К В А
1 973
УДК 669.017.3 : 539.89
Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении. Шиняев А. #. Пзд-во «Наука». 1973. 1 — 153.
В- кнцге [рассмотрены вопросы влияния высоких давле нии на диффузионные и другие процессы, фазовые пре вращения, равновесия, свойства и структуру металлов и сплавові. Особое внимание уделено синтезу новых ме таллических материалов с помощью высоких давлений. Дан анализ теоретических и практических методов по строения диаграмм состояния при высоких давлениях.
В |
связи с этим |
проанализированы литературные |
данные |
н |
результаты |
собственных экспериментальных |
работ. |
Рассмотрены методы получения высоких давлений, кон троля параметров экспериментов, методы изучения наи более существенных свойств металлов и сплавов в усло виях эксперимента.
Книга рассчитана на исследователей, металловедов, конструкторов, металлургов, занятых изучением, разра боткой и получением новых материалов в условиях вы соких давлений.
Таблиц 7, иллюстраций 131, библногр. 395 назв.
Ответственный редактор доктор химических наук профессор И. И. КОРНИЛОВ
А4
і
ш 3101; 3111-0000 1057-72 042(02)-73
© Издательство «Наука» СССР
П Р Е Д И С Л О В И Е
Метод высоких давлений все более входит в прак тику научных организаций для исследования строе ния вещества. В предлагаемой монографии авто ром обобщены полученные в последние годы резуль таты исследований фазовых превращений и различ
ных свойств |
металлов и |
сплавов |
при |
статических |
||
давлениях . |
Эти |
вопросы |
имеют |
большое значение |
||
д л я решения многих теоретических и |
практических |
|||||
вопросов физики |
металлов, металловедения |
и ме |
||||
таллохимии, |
главным образом в |
отношении |
разра |
ботки новых материалов с особыми физическими свойствами. Н а основе приведенных в монографии материалов можно сделать вывод о том, что синтез новых металлических материалов в условиях высо ких давлений должен стать одним из главных на правлений в современном металловедении и метал
лохимии. Действительно, работы по синтезу |
алмаза |
||||
и некоторых .других высокотвердых |
материалов |
||||
убедительно показали, что перспективы этого |
на |
||||
правления |
необычайно широки. |
|
|
|
|
В а ж н о й |
особенностью |
монографии |
является |
ис |
|
пользование термодинамического анализа |
д л я |
оп |
|||
ределения |
стабильности |
фаз, смещения |
фазовых |
границ при возрастании давления . Этот метод име ет исключительные возможности д л я исследования диаграмм равновесий металлических систем при высоких давлениях .
Б о л ь ш ое значение д л я подготовки монографии имело изучение достижений советских ученых по исследованиям в области высоких давлений, в осо бенности работ, выполняемых академиком Л . Ф. Ве рещагиным и его сотрудниками. Изучению и освое нию новых методов исследования веществ при вы соких давлениях в значительной мере способствова ло посещение автором монографии крупных лабо раторий США, в частности Национального Б ю р о стандартов в Вашингтоне, Института физической химии при Стокгольмском университете в Швеции и научного центра Сакле во Франции. Работы ав тора по исследованиям при высоких давлениях во шли в соответствующие разделы монографии.
Основной задачей монографии было обобщение
достижений по |
методам и результатам исследова |
|||
ний процессов |
диффузии, |
фазовых равновесий и |
||
синтеза новых |
металлических материалов в усло |
|||
виях высоких |
давлений. |
|
|
|
|
Доктор |
химических |
наук |
профессор |
|
|
И. |
И. |
Корнилов |
В В Е Д Е Н И Е
В литературе давно известны попытки ученых учесть влияние фактора давления на свойства вещества и фазовые равновесия в системах. Фактор давления был введен Гиббсом в выражение известного правила фаз [1]. В работах Н. С. Курнакова по физи ко-химическому анализу важное значение придавалось фактору
давления в изучении пластичности и д и а г р а м м равновесий |
ме |
|||||
таллических и соляных |
систем [2, |
3]. Г. Т а м м а н |
применил дав |
|||
ления до 3000 атм для |
изучения |
их влияния на |
температуры |
|||
плавления чистых металлов [4]. Последующие исследования |
з |
|||||
этом |
направлении были |
развиты в работах |
Б р и д ж м е н а , Вереща |
|||
гина, |
Кеннеди, Холла, Б а н д и и др. Н а р я д у |
с теоретическими |
ра |
ботами по термодинамике и . фазовым равновесиям с учетом фак тора давления, исследования по высоким давлениям характери зовались приложением их к решению практических задач, свя занных с синтезом новых веществ, отличающихся от исходных кристаллическим строением и новыми свойствами. Большое раз витие получили работы по применению высоких давлений и тем
ператур |
за |
последние |
10—15 лет в связи с решением |
важнейшей |
||||
проблемы |
получения |
синтетического |
а л м а з а и синтеза |
ряда ту |
||||
гоплавких |
материалов (борозона и др . ) . Результаты |
этих иссле |
||||||
дований |
в |
значительной |
мере систематизированы |
в |
моногра |
|||
фиях |
'. |
|
|
|
|
|
|
|
Большое значение д л я синтеза новых материалов имеет зна |
||||||||
ние |
фазовых переходов |
элементов |
периодической |
системы |
Д. И. Менделеева. Исследования, выполненные в этом направ лении, показывают, что давление значительно сильнее, чем тем
пература, активизирует |
полиморфные |
превращения в |
металлах . |
|||||||||||
В |
результате |
этих превращений могут |
быть получены |
вещества |
||||||||||
1 |
П. Бриджмен. |
Новейшие |
работы |
в |
области |
высоких |
давлений. М., |
ГИНО, |
||||||
|
1948. |
К. Свенсон. |
Физика |
высоких |
давлений. М., ИЛ, |
1963; П. М. |
Огибадов |
|||||||
|
и И. |
А. Кийко. |
Свойства |
веществ |
под давлением. М., |
Изд-во |
МГУ, - |
1962; |
||||||
|
Ф. П. Банди |
и Г. М. Стронг. Поведение |
металлов при |
высоких |
температу |
|||||||||
|
рах и давлениях. М., Металлургиздат, |
1965. |
Сборник |
|
«Твердые • тела |
под |
||||||||
|
давлением». М., |
изд-во «Мир», |
1966. |
|
|
|
|
|
|
|
с 'Новыми физическими и механическими свойствами. В некото
рых случаях при этом изменяется |
тип химической |
связи, в |
част |
ности, полупроводниковые вещества, соединения |
п окислы |
при |
|
высоком давлении приобретают |
металлическую |
проводимость .. |
В последнее время большинство ученых приходит к мнению, что все неметаллические вещества (простые и сложные) д о л ж н ы пе реходить в металлическое состояние, если их подвергать сжатию в достаточной мере. Расчет показывает, что д л я перехода водо рода в металлическое состояние необходимо давление 0,7Мбар,
для |
гелия это давление |
д о л ж н о возрасти |
до 30 Мбар [ 5 ] . Высо |
кое давление повышает |
и температуру перехода в сверхпроводя |
||
щее |
состояние многих |
сверхпроводников |
[6], а в некоторых слу |
чаях инициирует сверхпроводящее состояние, когда вещество не является сверхпроводником [7].
Под действием давления изменяются плотность свободных электронов, радиус и другие характеристики атома. Это приво дит к существенному изменению взаимодействия элементов при высоких давлениях, изменению условий стабилизации сущест вующих и появлению новых интерметаллических фаз, при это.м изменяемся и строение д и а г р а м м состояния. В работе [8] показа но, что под влиянием давления значительно возрастает раство римость элементов 2-го в элементах 4-го периода, которые при нормальном давлении практически « е взаимодействуют.
Большое |
значение |
дл я улучшения |
свойств |
сплавов |
могут |
иметь метастабильные |
фазы, образующиеся при высоком |
давле |
|||
нии в основе |
сплавов |
и в легирующих |
элементах. |
Характерными |
в этом отношении являются титановые и циркониевые сплавы, в которых при давлении образуется омега - фаза, отличающаяся высокой прочностью межатомной связи. Эта ф а з а может быть стабилизирована и легированием титана. Таким образом, факто ры давления и легирования дополняют друг друга при изучении
свойств |
сплавов. |
В Институте металлургии им. А. А. Байкова на |
|
примере |
сплавов |
ж е л е з а с углеродом и кремнием показано так |
|
же, |
что имеются |
большие возможности изменения свойств спла |
|
вов |
при кристаллизации их в условиях высоких давлений [9]. |
Публикации последних лет по высоким давлениям свидетель ствуют об интенсивности развития исследований за рубежом . Эти исследования успешно развиваются и в нашей стране. Они сосре доточены главным образом в Институте физики высоких д а в л с
кий А Н С С С Р , Украинском |
институте сверхтвердых |
материалов, |
|
геологических |
и некоторых |
других научных учреждениях Совет |
|
ского Союза. |
Большие успехи сделаны советскими |
учеными в |
области разработки аппаратуры и методов исследования при вы соких давлениях [10, 11], исследовании фазовых превращений в чистых металлах й соединениях, изучении влияния высоких дав лений на химические равновесия и скорость химических реакций [12], физические и механические свойства металлов [13] и др .
Известны крупные достижения советских ученых и работников заводов в области освоения метода получения синтетического ал маза и другие работы.
Р а б о т а м по высоким давлениям уделяется |
большое |
значение |
во всех промышленно развитых странах мира. |
Большое |
развитие |
они получили в США, Англии, Франции, Швеции. Почти во всех университетах и крупных 'научных центрах С Ш А имеются лабо ратории по высоким давлениям . Начиная с 1961 г., в С Ш А сис тематически проводятся симпозиумы и конференции по вопросам создания новых типов аппаратуры, измерения параметров уста новок высокого давления, вопросам металлургии, химии высоких давлений и другим вопросам . В 1968 г. в научном центре США — Национальным бюро стандартов — была организована междуна родная конференция по вопросам получения точных данных па раметров давления и температуры при калибровке установок высокого давления . В 1969 г. в г. Сиэтле (США) была конферен ция по изучению кристаллических структур в условиях высоких давлений [14].
М а т е р и а л ы последних публикаций свидетельствуют об интен сивном развитии методов исследования при высоких давлениях, конструировании новых типов установок на высокие температу ры и давления до 400—500 кбар, которые бы смогли заполнить существующий разрыв в значениях давлений, получаемых стати ческими и импульсными методами.
Необходимо заметить; что интерес к исследованиям с приме- у-
нением высоких давлений из года |
в год растет, число публикаций |
|||
особенно возросло |
в области металлургии и химии высоких дав - |
|||
k лений. Если к 1967 |
г. число публикаций за год составляло |
около |
||
'600 [15], то |
к 1970 |
г. число их возросло более чем в полтора |
раза . |
|
Целью |
монографии является |
обобщение наиболее важных |
современных достижений в области разработки способов полу чения высоких давлений и методов исследования физических и
физико-химических |
свойств, |
а т а к ж е фазовых |
равновесий в |
сплавах, проведении |
синтеза |
новых соединений |
и построении |
диаграмм состояния металлических систем при высоких давле ниях, изучению влияния давления на скорость протекания диф
фузионных процессов и их! контролирующую |
роль |
при |
ф а з о в ь к |
||
превращениях, распаде - твердых |
растворов, |
росте |
новой |
фазы |
|
и других процессов в сплавах. |
|
|
|
|
|
Монография состоит из пяти |
глав и заключения. |
В |
первой |
||
_ главе рассмотрены достижения |
по созданию |
статического |
высо- |
".кого давления в лабораторных условиях и развитию методов контроля параметров эксперимента. В главе второй систематизи
руются методы исследования свойств и структуры металлов к сплавов при высоких давлениях . Глава третья посвящена ана лизу результатов исследования влияния давления на процессы
. д и ф ф у з и и в сплавах . Теоретические основы и важнейшие резуль-
т э ты исследования фазовых превращении в сплава х изложен ы в четвертой главе . Вопросы синтеза и прогноза новых материало в при высоких давления х составляют пятую главу.
При выборе и изложении теоретического и экспериментально го материал а стремление автора было 'направлено на система тизацию данных, относящихся к основам физического металло ведения применительно к условиям высоких давлений .
ЛИТЕРАТУРА
1.Дж. В. Гиббс. Термодинамические работы. Пер. с англ. под ред. В. К. Семеиченко. Гостехиздат, 1950.
2. |
Н. С. Курнаков, С. Ф. Жемчужный. |
Давление |
истечения и твердость пла |
|
|
стических тел. Жури. РМО, 1913, № |
3. |
|
|
3. В. Я- Аносов, |
С. А. Погодин. Основные начала |
физико-химического анали |
||
|
за. Изд-во АН СССР, 1947. |
|
|
|
4. |
G. Таттап. |
Kristallisieren unci Schmelzen. Leipzig, 1963. |
5.S. D. Hamman. High Pressure Chemistry. Annual Rep Phys. Chem., 15, USA, California, 1960.
6.T. F. Smith. Phys. Rev. Letters, 1970, 25, N 21, 1483; Phys. Letters, 1970, 33A, N 7, 465.
7./. Witting. Phys. Rev. Letters, 1970, 24, N 15, 812.
8. И. И. Корнилов, А. Я. Шиняев, Д. Б. Чернов, Г. И. Хохлова.— Сб. «Те
оретические и |
экспериментальные методы исследования диаграмм состоя |
||
ния |
металлических систем». Изд-во «Наука», 1969. |
||
9. А. А. Вертман, |
Р. Г. Епанчинцев, |
А. М. Самарин, Д. Б. Чернов, А. Я. Ши |
|
няев. |
ДАН СССР, 1970, 195, № |
1, 67. |
10.Л. Ф. Верещагин. Рентгеиоструктурные исследования вещества при вы соких температурах. Приложение к книге К. Свенсона «Физика высоких давлений». ИЛ, 1963.
11. Д. |
С. Циклис. |
Техника физико-химических исследований в области высо |
ких |
давлений. |
Госхнмиздат, 1958. |
12.М. Г. Гоникберг. Химические равновесия и скорости реакции при высоких-^ давлениях. Изд-во АН СССР, 1960.
13. Б. И. Берсенев, Л. Ф. Верещагин, Ю. Н. Рябинин и Л. Д. Лившиц. Неко торые вопросы больших пластических деформации металлов при высоких температурах. Изд-во АН СССР, 1960.
14.Ргос. Symposium. «Structure at High Pressure*. Trans. Amer. Cryst. Assoc., 1969, 5.'
С H. Wentorf. Brit. J. Appl. Phys., '1967, 18, 865.