Аморфные материалы (835546), страница 22

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

Оказалось, что для того, чтобы расчетныепараметры вторых пиков g(r) были близки к полученным экспери-Рис. 3.27. Парная функция распределения для различных моделей СПУ-структур; цифрами указано положение плеча второго пика g ( r ) —r^rx и r3/r 1:а — модель Беннета (всеобщий глобальный, обобщенный) критерий; б — мо­дель Беннета (локальный критерий); в — модель Беннета с релаксацией попотенциалу Морзе; г — высокоплотный кластер из жестких сфер; д — поли­тетраэдр ическая модель; е — модель Финнея; ж — модель Финнея с релак­сацией по потенциалу Леннарда—Джонса; з — модель Финнея, построеннаяметодом молекулярной динамики с использованием потенциала Леннарда—Д ж онсаментально на напыленной аморфной железной пленке, необходимоввести ограничение & ^1,2.

Однако, если при таком ограниченииукрупнить модель, доводя количество укладываемых сфер до ты­сячи, возникает большое число пор и средняя плотность структурыснижается до 70—80% от средней плотности при малом числесфер.Во избежание этого Ямамото с сотр. [10, 54] построили модельСПУ-структуры, аналогичную модели Ичикавы, с k = 2, а затем84применили к этой модели релаксационную процедуру с использо­ванием парного потенциала Пак-Дояма.

При этом, как видно изрис. 3.28 и табл. 3.2, средняя плотность функции g(r) и S(Q ) ока­зались близки к экспериментальным значениям. Результаты Яма­мото и сотрудников по анализу полиэдров Вороного в моделяхСПУ-структуры приведены в табл. 3,6 и на рис. 3.26,6. Для срав-д(г)в ~7 -65 -Рис. 3.28.

Парная функцияраспределения g ( r ) и интер­ференционная функция S( Q)в модели СПУ-структурыЯмамото [10, 54]:а, б — без релаксации; в,г — после релаксации с ис­пользованием парного по­тенциала Пак-Дояма; 1 —экспериментальныезначе­ния; 2 — после релаксации4-iнения на рис. 3.26, а показаны результаты анализа модели структу­ры СПУТС Финнея с релаксацией СПУ-структуры по потенциалуЛеннарда — Джонса. Финней считает, что поскольку пятиугольныеграни полиэдров Вороного в структурах аморфных тел встречаютсянаиболее часто, атомные конфигурации в таких структурах пред­ставляют собой несколько измененные икосаэдры из 13 атомов(рис.

3.29). Правильные 13-атомные икосаэдры могут быть описаныкак (0,0,12), они имеют пятиугольные грани и сохраняют в струк­туре высокий коэффициент заполнения, близкий к таковому дляг.ц.к. кристаллов. В работе [10] проведено моделирование струк­туры жидкого железа выше точки плавления, которая сравнивает­ся со структурой аморфного твердого тела. Результаты работы [10]подтверждают высказанные выше соображения.На рис. 3.30 представлены результаты анализа сечений поли85Рис. 3.29. Икосаэдр, составленныйизтринадцати атомов (а) и полиэдр В о­роного(б)Рис. 3.30.

Расположение полиэдровВороного в модели СПУ-структуры[Ю] .Таблицаэдров Вороного в модели релаксированной СПУ-структуры Яма­мото. Из этого рисунка можноясно представить себе вид меж­атомных связей в локальном гео­метрическом ближнем порядке вСПУ-структуре. На рисунке за­штрихованные участки соответ­ствуютполиэдрамВороного(0,0,12)(13-атомным икосаэд­рам), которые являются одними извозможных структурных элемен­тов при плотной упаковке, образо­ванной пятью различными берналовскими конфигурациями.

На­личие именно таких структурныхэлементов характерно для струк­туры стекол. В аморфных струк­турах наблюдаются полиэдрыВороного (0,1,10), (0,2,8) и др.Обнаружены полиэдры Вороного(0,3,6), встречающихся в кри­ста ллических структурах. Такимобразом, аморфная структурапредставляет собой непрерывныйряд, мозаичный узор, составлен­ный из чередующихся многогран­ников, характерных для кристал­лических и некристаллическихструктур. В этом случае некри.сталлографическиемногогран.3.6. В ероятн ость п о яв л ен и я п о ли эд р о вС П У -стр у к ту р ах [10]М о д ел ь Б е р н а л аП арам етрКристаллографические поли­эдры Вороного:(0 ,3 ,6 )(0 ,4 ,4 )( 0 ,5 ,2 )Некристаллографические поэдры Вороного:(0,0, 12)(0 ,1 ,1 0 )( 0 ,2 ,8 )Другие полиэдры86до релакса­ции0,32В ороногоп о сл е р е л а к ­сации'до р ел акса­ции0,060 ,0 20,040 ,0 20,080,140,160 ,1 10,030,08O',700,170,04м од ельн ы хМ о д ел ь Я м ам о то и др.0,340,270,030 ,2 2вп осле р е л а к ­сац и и0,080,070,180,050 ,0 20 ,0 20,080,170,240,27ники, имеющие различную локальную плотность, взаимно связаныдруг с другом1'.3.3.2.

Дислокационные м одели'Нерегулярная структура аморфных металлов резко отличаетсяот атомных конфигураций в газах. Плотность металлических стеколдовольно высока и по своим значениям приближается к плотностикристаллов. Данное обстоятельство показывает, что межатомныевзаимодействия в аморфных металлах почти такие же, как в кри­сталлах, и это .находит надежные подтверждения. При этом, одна­ко, как указывалось в разделе 3.3.1, геометрические структурыаморфных металлов содержат в себе атомные координации, не на­блюдаемые в кристаллических состояниях.

Дислокационные моде­ли позволяют проверить механизм возникновения взаимной связитаких полиэдров, и, следовательно, проследить переход от кристал­лической к аморфной структуре.На рис. 3.31 показана известная схема дислокации, часто приво­димая в учебниках металловедения. Дислокации являются линей­ными дефектами, они определяют пластичность кристаллов.

Суще-О'Рис. 3.31. Кристалличе­ские решетки, содерж а­щие дислокацию (а)ивакансию (в ) ; совершен­ный кристалл (б)ствует два типа дислокаций, различающиеся направлением смеще­ний атомных рядов: краевая и винтовая дислокации. Из рис. 3.31ясно, что с введением дислокации в совершенный кристалл дальнийпорядок в нем нарушается, но при этом ближний порядок сохраня­ется.

Следовательно, если в кристалл вводить в беспорядке многодислокаций, то, как предполагают, может возникнуть такое рас­положение атомов, когда имеет место только ближний порядок, адальний порядок отсутствует вообще. Интересно, что и при введе­нии неисчезающих вакансий ближний порядок сильно отличаетсяот дальнего порядка.Как указывалось выше, в кристаллических структурах наблюда­ются правильные тетраэдры (рис. 3.23, а) и октаэдры (рис. 3.23,6).Например, в г.ц.к.

кристаллах правильные тетраэдры и октаэдрысодержатся в количественном отношении 2:1. Если предположить,что направление линии дислокации и направление атомной связисоставляют угол, равный 60° (рис. 3.32), то правильный октаэдрстановится деформированным тетрагональным додекаэдром, т. е.полиэдром Бёрнала, показанным на рис. 3.23,6 [55, 56]. В ядре1 Имеется в виду, что при сочленении таких полиэдров не образуется поверхность раздела. Прим.

ред.87винтовой дислокации наблюдается часть тригональной призмы(рис. 3.23,в). Таким образом, и в обычной кристаллической струк­туре имеют место случаи появления некристаллографических поли­эдров Бернала, характерных для структур, которые реализуются вядрах дислокаций.Рис. 3.32. Правильныйоктаэдр (о) и тетраго­нальный икосаэдр, полу­чающий при пересечениидислокаций подуглом60° правильного октаэд­ра (б)Авторы [55] с применением потенциала Китинга проанализиро­вали атомные конфигурации, возникающие в кристаллическойструктуре типа алмаза после введения туда дислокаций с плот­ностью 10й см-2.

Результаты расчета они сопоставили с функциейg(r), полученной для аморфного германия (рис. 3:33). Решеткатипа алмаза может быть получена путем наложения двух г. ц. к.решеток. Если удалить атомы одной решетки и осуществить релак­сацию'с применением мягкого потенциала Морзе, то рассчитаннуюной модели:а — Фурье-преобразование ФРР аморфного германия; б — парная функ­ция распределения аморфного никеляфункцию g(r) для такой структуры можно сравнить с функциейg{r) для аморфной никелевой пленки, полученной напылением[56].

Как видно из рис. 3.33, совпадение обеих функций g(r) и вэтом случае довольно хорошее.Ямамото и Дояма [10] изучили распределение дырок Берналав структуре СПУ, построенной с помощью ЭВМ способом, описан88ным в разделе 3.3.1., и уточнили вопрос о существовании полиэд­ров, наблюдавшихся Берналом в его модели СПУ-структуры. ВСПУ-структуре Бернала тригональная призма и архимедова анти­призма в чистом виде не существуют, а тетрагональные додекаэд­ры связаны с тригональными призмами и искаженными лолуоктаэдрами. Такой набор поли­эдров является характерной осо­бенностью СПУ-структуры Бер­нала. Как указывает Ниномия,тетрагональный додекаэдр и три­гональная призма являются поли­эдрами, характерными для ядрадислокации..

Ямамото и Доямавыяснили, какими гранями илиребрами связаны полиэдры этихдвух типов. В качестве примераприведен рис. 3.34. Если считать,что сумма отрезков, связывающихполиэдры двух типов, равна дли­не дислокации, то плотность та­ких дислокаций составит 3,4-1014см-2. Эта величина близка к по­ Рис. 3.34. Сочленение тетраго­нальных икосаэдров ( 1) и трех­лученной Коидзуми и Ниномиягранных призм (2) в моделив ихдислокационноймоделиСПУ-структуры [10]:аморфной никелевой пленки, из­ 3 — сочленение по граням; 4 — соготовленной напылением.членение по ребрам3.3.3. М одели СПУ-структур бинарных аморфных сплавовЕсли расширить приемы машинного моделирования СПУ-струк­тур, описанные в разделе 3.3.1, на многокомпонентные системы,можно построить модели структуры аморфных сплавов. К насто­ящему времени разработаны модели для сплавов типа металл —металл, например Cu5 7Zr4 3 [57], и модели для сплавов типа ме­талл— металлоид, например Pd80 Si2o [29, 58], FeP [57, 59] и FeB[59], разработке которых уделяется пристальное внимание.Авторы [29, 58], применив жесткие сферы двух типов с разныОвми диаметрами, соответствующими crpd=2,8i А и crsi = 2,03 А, ипостроив модель по алгоритму Ичикава [53] с релаксацией гео­метрической структуры, определили функции g(r) и S(Q) дляаморфных сплавов системы Pd—Si.

В этой модели принято допол­нительное условие, что даже в том случае, когда атомы кремния,моделируемые жесткими шарами, могут сближаться более, чем нао3,8 А, они, тем не менее, не могут находиться в непосредственномконтакте друг с другом (рис. 3.35,6). Полученные с помощью та­кой модели функции g(r) и S(Q) качественно хорошо согласуютсяс экспериментальными данными. Однако, если строить модельструктуры из шаров двух разных диаметров, ограничиваясь конеч89ным объемом, и при этом принять условие, что fs is i> 3 ,8 А, то ока­зывается, что получить химически однородную СПУ-структуруневозможно,-— возникают кластеры из атомов кремния, представ­ляемых шарами меньшего диаметра (рис.

Характеристики

Список файлов книги