Файл: Шиняев А.Я. Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 01.07.2024

Просмотров: 120

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

0,1—0,2 см прочность материала поддержки камеры высокого давления мало меняется. Это позволяет значительно расширить возможности проведения рентгенографических исследований при

высоком давлении и температуре. Кроме того, в этом

случае зна­

чительно сокращается время экспозиции [37] .

 

Д л я

проведения

рентгенографического анализа

при фикси­

рованном угле рассеяния образец облучается белым

светом. Д л я

данного угла возможны отражения только тех длин

волн К, ко­

торые

удовлетворяют уравнению

Вульфа — Брегга

д л я имею­

щихся в кристалле межплоскостных

расстояний d.

 

Д л я

определения

энергетического спектра рентгеновских лу­

чей используются различные схемы анализаторов на полупро­

водниках [36] . В качестве детектора

 

выгодно использовать

кри­

сталл лития. В этом случае схема анализиатора имеет

вид, по­

казанный на рис. 59.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В работе [37] рентгеновский

анализ при фиксированном

угле

рассеяния

проводился

на установке

типа «белт»

(рис. 60), по­

зволяющей

проводить

исследования

при давлениях до

 

100 кбар

и температуре

1000° С. Рассеяние

рентгеновских

лучей

изуча­

лось

под углом

10 и 15°. Установка

позволяла т а к ж е

 

изменять

угол

рассеяния

от 20 до 45°. Д л я уменьшения рассеяния

рентге­

новских лучей в к а н а л а х камеры высокого давления

 

применя­

лась система коллиматоров . О б р а з е ц помещался

в

аморфный

бор,

таблетка которого

находилась

в

берпллневом

кольце.

Ре ­

зультаты определения

интенсивности

д л я различных

рефлексов

железа и NaCl приведены на рис. 61.

 

 

 

 

 

 

Применение

фиксированного

угла

в рентгеновском

 

анализе

дозволяет значительно повысить температуру при исследовании

структур в условиях высоких давлений. П о многим

данным этот

вариант выгодно отличается от обычных методов

рентгеногра­

фии и может стать основой дл я нового прогресса

в

рентгеногра­

фических исследованиях при высоком давлении.

 

 

Нейтронография при высоких давлениях. В

последние годы

начаты систематические нейтронографические исследования при высоких температурах. Нейтронография значительно расширяет возможности исследования структуры, поэтому является необ­

ходимым дополнением к рентгеноструктурным методам.

Р а с ­

сеяние

нейтронов отличается по своей природе от процесса

рас­

сеяния

рентгеновских лучей,

поэтому нейтронография

может

дать хорошие результаты, когда рентгенографические

методы

^малоэффективны вследствие

неблагоприятных условий

рассея­

ния рентгеновских лучей. Кроме того, при нейтронографических исследованиях имеется возможность непрерывно менять длину волны в широком диапазоне, что невозможно сделать при рент­

геновских исследованиях.

Нейтрон

обладает

т а к ж е

магнитным

моментом, дает возможность исследовать магнитную

структуру

твердых тел, в частности,

изучать

магнитное

упорядочение.

І /

 

 

- І 1

Si

s>l

£l

 

 

 

^ * [йі

^

* 1

NaCL

 

 

 

 

I

 

ї

 

 

 

 

 

 

 

S5

7

 

j

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I -

J

г

 

 

x

 

 

 

 

 

Энергия рентгенрЗского

пучко

Рис. lil.

Распределение интенсивности рентгеновских

рефлексов NaCl (.і) и Fe (5)

в зависимости от энергии, полученное на установке с фиксированным углом отражения Время экспозиции 5 час [361

В работах Бруггера с сотрудниками

[38] исследования

про­

водились на тепловых нейтронах с

использованием камеры

ци­

л и н д р — поршень. Схема установки

на

40 кбар представлена на

рис. 62. М а т е р и а л

для установки

выбирается таким

образом,

что­

бы образец был

прозрачен для

потока

нейтронов.

О б р а з е ц

по­

мешался в трубку из окиси алюминия, которая хорошо пропус­ кает нейтроны. Все это заключалось в многослойный цилиндр из разной твердости стали. Д а в л е н и е создается приложением уси­ лия от двухстороннего пресса с использованием пуансонов из карбида вольфрама . Нейтронный пучок подводится к образцу через узкую щель и после рассеяния на образце выводится под

t~> rs, *» ^ f

^ *ч >n ^ S3*S t

I м 1 Т |

 

 

 

W

15

20

25

30

 

 

 

Изменение длины

Волны. П

 

Рис.

62.

Схема установки

цилиндр — поршень для

нейтронографнческих исследований [38}

/ — падающий поток нейтронов, 2 — образец, 3 н 4 — дифрагированные лучи

 

Рис.

63.

Нейтронограмма

B i l l , полученная при

фиксированном угле

отражения 26 = 60°'

[38].

фиксированным углом к счетчику. Специальными опытами по­

казано, что узкая щель мало изменяет

прочность цилиндра

уста­

новки высокого давления .

 

 

 

 

 

 

В работе [38]

изучали

рассеяние

под

углом

30, 60

и 80э .

Счетчики устанавливались

по кольцу центрировки Д е б а я — Ше-

рера на различном расстоянии от образца .

Энергия

нейтронов

определялась по времени пролета ими трубы

днфрактометра, на

вводе и выходе которой прохождение

нейтронов

фиксируется

счетчиками. З н а я

длину волны нейтронов, от которых

зафикси ­

рован определенной интенсивности рассеянный образцом им ­

пульс, по уравнению

В у л ь ф а ' — Б р е г г а

h = 2dsinQ

находилось

межплоскостиое

расстояние d. Че м

меньше время

пролета

ней­

тронов в дифрактометре, тем меньше межплоскостное

расстоя­

ние, дл я

которого выполняется уравнение

Вульфа — Брегга .

При

разной

энергии

нейтронов

счетчик фиксирует

д л я

вы­

бранного

угла

рассеяния серию пиков, относящихся к

различ­

ным межплоскостным расстояниям

кристалла . Н а рис. 63 приве­

дено распределение пиков дл я разных hid висмута в камере вы­

сокого давления .

Попытка получить картину рассеяния висму­

том рентгеновских

лучей не увенчалась успехом, та к ка к в нем

слишком велико поглощение рентгеновских лучей.

Н а рис. 64 приведены результаты исследования фазовой ста­

бильности d - Fe 2 0 3

при давлении . Н а рисунке видно, что в a - Fe 2 0 3

имеется фазовый переход при 6 кбар, что связано с изменением магнитного момента в гематите под действием давления и темпе­

ратуры. Это положение подтверждается регистрацией

импульсов

(100) и

(111),

обусловленных

магнитным

упорядочением в

a - F e o 0 3 .

 

 

 

 

 

~ Приведенные

выше примеры

свидетельствуют о

больших

возможностях иейтрографии при высоком давлении

д л я иссле­

дования

структуры сплавов, образующихся

между

близкими

элементами, когда рентгеновские методы мало эффективны, а иногда и совсем не пригодны. Наличие магнитного момента у нейтронов делает весьма перспективным направление нейтроно­

графии

дл я исследования

магнитной

структуры

кристаллов

и

кинетики магнитного

упорядочения.

 

 

 

 

 

Изучение ядерного

магнитного резонанса и э ф ф е к с а Мессбау-

ера при высоком давлении . Явление

ядерного магнитного

резо­

нанса

( Я М Р )

основано

на

индуцировании переходов

м е ж д у

зе-

емановскимп

уровнями

с расстоянием

AF = hyH,

которые

обра­

зуются

при помещении

образца с отличным от нуля

магнитным

' й о м е и т о м в магнитное

поле Н [39]. Если в направлении, перпен­

дикулярном к направлению поля Н, включить переменное маг­

нитное

поле частоты со, то оно начинает индуцировать

переходы

между

зеемановскими

уровнями, сопровождающимися

поглоще­

нием н

испусканием

энергии. Пр и резонансной частоте, равной

~т = щ = уН, вероятность переходов резко возрастает.

Н а й т в

1948 г. обнаружил, что резонансная частота в металлическом состоянии всегда отличается от резонансной частоты того же ядра в неметаллическом состоянии. Изменение этого эффекта,

получившего

название

эффекта

изомерного смещения

(иногда

его называют

сдвигом

Н а й т а ) ,

непосредственно связано

с изме­

нением электронной плотности в зоне проводимости. По данным изомерного сдвига в сплаве и чистых его компонентах опреде­ ляется изменение концентрации электронов проводимости при образовании соединения. Н а основании этих данных можно сде­ л а т ь заключение относительно возможности образования соеди­ нения в данной системе.

.1

°3

 

О

£ 8

72 76 20 24 2S 32

 

 

 

 

ДпВлвние, ніїпр

 

 

Рис. 64. Фазовый

переход в a-Fc^O;,, исследованный

нетронографнческим методом [3S] на

технических

образцах

( / — о х л а ж д е н и е ,

2 — н а г р е в )

н специально приготовленных для

проведения

исследовании (3 — о х л а ж д е н и е )

 

Рис. 65. Ячейка

для исследования эффекта Мессбауера в тетраэдрической камере [42}

/ — образец. 2—

диски

из нитрида бора,

3— камера из аморфного бора

Эффект Мессбауера основан на определении ширины линии гамма-излучения анализируемых атомов. Изучение этого эф ­ фекта дает информацию об окружении анализируемых атомов в сплаве, что связано с изменением состояния внутренних электро­ нов атома — гамма - спектра . Поэтому результаты измерения эф­ фекта Мессбауера являются дополнением к данным, получаемым при помощи Я М Р .

П р и изучении явлений

Я М Р и эффекта Мессбауера не требу­

ется прямого контакта

с образцом (рис. 65), поэтому этот

метод, очень удобен при проведении исследований в камере вы­ сокого давления .

Наиболее легко проводить изучение эффекта Мессбауера на элементах, дл я которых имеется радиоактивный изотоп, гаммаизлучение которого близко к энергии возбуждения ядер иссле­ дуемых атомов.

 

П р и

исследовании

влияния высокого давления вплоть

до

200

кбар на

эффект

Мессбауера

с применением

изотопа

С о 5 7

(Fe5 7 )

в пирите и других соединениях ж е л е з а

было

получено

значительное

возрастание плотности s-электронов и расщепле ­

ние

линий,

обусловленное

квадрупольным

взаимодействием.

Аналогичные

исследования

были

выполнены

на

меди,

ванадии,

Смотрите также файлы