Файл: Ямалеев К.М. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей стареющими сплавами.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.07.2024

Просмотров: 101

Скачиваний: 0

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

При этом кристаллическое строение обеих фаз считается правиль­ ным, а форма частиц второй фазы идентична с формой отверстий в кристалле матрицы. В силу этого о.д.р. первого и второго типов

оказываются в пространстве обратной решетки идентичными и по­ добная структура кристалла стареющего сплава, хотя и Возможна, но маловероятна, особенно на начальных (или низкотемпературных) стадиях старения, когда выделения второй фазы очень малы, име­ ют нерегулярное строение и тесно связаны с матрицей или когда сплав вообще должен рассматриваться как почти регулярный крис­ талл исходного твердого раствора, содержащий лишь нарушения правильного трехмерно-периодического строения [19, 20]. Для та­ ких структур более оправданно применение другого метода расчета, учитывающего лишь смещения атомов с их положений в регуляр­ ной решетке твердого раствора, происходящие в процессе старе­ ния монокристалла. В работе [21] этот метод был изложен в при­ менении к одномерным структурам, а затем качественно распро­ странен на трехмерный случай [22]. Позднее анологичный метод был использован и другими авторами [23-26]. Наиболее строгое изложение его дано в статьях Кокрана и др. [25, 26].

Амплитуда рассеяния рентгеновских лучей (в единицах рас­ сеяния одним электроном) кристаллом К с нарушениями правиль­ ной периодичности в^областях В ддѳтся выражением

А(Н)=

/ p {f)e 2 T” r ^dvri

 

 

где

V

у

кристалла; р(г )

-

его электронная плот­

- объем всего

ность

в каждой точке г;

Н — радиус-вектор обратной решетки,

т.е. Фурье-пространства.

В силу этого А (Н )

можно рассматри­

вать как Фурье-прѳдставление кристалла. Поскольку нарушения занимают не весь объем кристалла К и вне этих нарушений р(Т) есть идеальная трехмерно-периодическая функция р^( г"), можно написать

/

_

2-rnrïî,

,

р(г)е

2-піТН

.

А(Н) =

p0 (r)e

 

dvr+

/

dvr,

(1.18)

V-£VB

 

 

2ѴВ

 

 

здесь 2 Vв

-

объем в кристалле,

занимаемый нарушениями пра­

вильной периодичности

(В). Запишем (1.18)

в виде

 

А(Н) =

 

_

2

,

 

 

2ттіТН,

 

f Р0 ( г ) е

d v r +

/ p0 ( r )e

dvr _

 

Ѵ-2ѴВ

 

 

2VB

 

 

- ;

 

2 n i r H

f

 

2-ттіТН

 

p . ( r ) e

dv

P(7) e

dvr

 

2VB

 

 

 

2 V.

 

 

 

 


или

 

A(II)= / Р0 (*)е

dvr+ / [р ("г)-р0Гг)]е^ ^dvr. ( U 9 )

V

* VB

Если формула (1.18) соответствует схеме А.М. Елистратова (см. рис. 8) [16], то формула (1.19) - схеме (рис. 9 ), согласно которой рассеяние кристаллом с нарушениями рассматривается как сумма рассеяний неискаженным ("идеальным") кристаллом

К и отдельными

областями В, но с электронной плотностью р(г)—

_р (г). В силу

того, что р (г ) -

идеальная трехмерно-перио­

дическая функция, а объем кристалла

V

достаточно велик, пер­

вый член в

(1.19) отличен от нуля только

в непосредственной

близости к узлам

обратной решетки _ненарушейного кристалла, в

которых Н принимает значения. H

= ^hkl*

П°ЭТ0МУ диффузное

рассеяние будет

иметь амплитуду

 

 

 

А д ( Н) = -

/

[р( r ) _ p 0(r')]e2Trl^ d

ѵг

 

 

 

svB

 

 

 

 

при условии,

чго

Н-ИШ > 1 /В ,

где

R0 -

средний размер крис­

талла К (см.

 

рис.

9).

 

 

 

 

Таким образом, интенсивность диффузного рассеяния кристал­ лом с нарушениями определяется разницей в распределении элект­ ронной плотности в нарушенных и идеальных частях:

ДОЧ / [ p ( r ) - p 0 ( r ) ] e 2l4 rHd v r

( 1.20)

2 V r

 

Из формулы (1.20) следует, что интенсивность диффузного рассеяния зависит не только от разности электронных плотностей р ( 7 ) —Р0(г )*но и °т характера распределения областей нарушений

В в кристалле К. Если все нарушения В идентичны и расположе­ ны в кристалле на относительно больших расстояниях одно от другого, так что лучи, рассеянные отдельными нарушениями, не интерферируют, то

Ід(Н) = |/ [ p ( r ) - p 0 (r)]e “ l7fIdvr j

=

 

2

f

[р( Г) — Р0( г)]е

2тгігН

 

 

d v r

 

 

ПО

 

 

 

 

 

 

всем у в VS

 

 

=

N

f

*

2тгігН

. . . .

2ТГІГН

 

 

I

p( г )e

dv,

/ p 0 (r )e

dvr

VB


к + в

v m t fппппппi ?

Р и с . 9. Схема кристалла с нарушениями по Ю.А.Багаряцкому [2 7 ]

1 - Р0 : 2 - р ; 3 " р- р 0

и мы приходим к случаю, когда диффузное рассеяние концентри­ руется (в вше идентичных областей диффузного рассеяния, соот­ ветствующих форме нарушений) около узлов обратных решеток матрицы и фазы выделения.

Развернем формулу (1.20):

[ /](Н)= I

/

p(T)e“ ~^dvr

-

2-n-iflI

d v r

Р0(г)е

 

 

SVR

 

SV В

 

 

- 2 Re

7

f

- 2ттігН

w

f

 

 

(

р( г )е

dvr)(

 

( 1.2 1 )

 

svB

 

svB

 

 

Здесь

Re

 

означает реальную часть произведения интегралов.

Предположим, например, что в правильном кристалле в отдель­ ных малых областях произошла перестройка решетки в решетку

нозой фазы, но так,

что в определенных

атомных плоскостях

типа (001)

в случае

сплава Al—Cu—Mg

[2 2 ]

сохранилась та же

плотность

атомов, т.е. они остались на тех же

расстояниях' один

от другого

(в этом

и выражается сопряженность решеток), что

и раньше. Тогда можно считать, что одно из условий Лауэ (в ко­

торое входит. вектор "ад для рассматриваемого случая) для

такой

а2

системы выполняется, а два других - нет, поскольку ад и

различны в областях твердого раствора и в фазе выделения. Это должно привести к появлению слабых эффектов одномерной дифракции по плоскостям обратной решетки типа (001), что нахо­ дится в соответствии с опытом.


Р и с .

1 0 . Эффект образования

Зона

зональных эллипсов типа[001]

 

на рентгенограммах монокрис­

 

талла

сплава

А1 - 4% Си пос­

 

ле

старения

в течение 19 час

 

при

170°С

[ 2 7 ] . Нефильтро­

 

ванное Mo

К-излучение

 

В сплаве А)—Си при выделении сопряженной Ѳ1фазы сох­ раняются неизменными (в указанном смысле) все атомные плос­

кости типа ( hkl ),

■ если

CQ' іI[001 ]а*

Таким

образом,

в этом.

случае выполняются два

условия Лауэ

(для

aj

и

и в °°Рат_

ной решетке типа

[001]

должно происходить

рассеяние вдоль

прямых, т.е. эффекты двумерной дифракции. Это не противоречит опыту: на снимке (рис. 10) видно, что прочерченными оказыва­ ются зональные эллипсы не только типа [001], но и другие. Так и должно быть, если они образуются вследствие проектирования двумерных эффектов в пространстве обратной решетки. Попытка же количественно рассчитать эффекты прочерчивания зональных эл­

липсов с

помощью формулы (1.21)

пока не привела к успеху. Здесь

особенно

интересен случай сплава

Al—Mg—Si, • в котором рас­

сеивающие способности всех атомов почти равны и различия в

р(г) иро(г)

обусловлены только расположением рассеивающего

вещества в пространстве. Другая картина наблюдается для сплава типа Al—Ag после его низкотемпературного старения. Общеиз­ вестна схема, предложенная Гинье для объяснения здесь эффек-•

тов диффузного рассеяния: обогащенные

серебром сферические

области с

радиусом Rj (рис. 11) и средней электронной плот­

ностью

окружены обедненными

областями с наружным

радиусом

R2 и средней плотностью

р^;

такие комплексы

(зоны) вкраплены в твердый раствор со средней концентрацией серебра (электронная плотность pQ). ; Эта модель поддается пол­

ному расчету с помощью формулы (1.20).