ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Модели структур с сильным топологическим беспорядком из "Введение в междисциплинарное наноматериаловедение " Паракристаллы - это разупорядоченные кристаллы с высокой плотностью дислокаций, при которой каждый атом принадлежит дефекту - ядру дислокаций, дисклинации, граничному слою - или находится в непосредственной близости к нему. [c.128] При высокой плотности дефектов в кристаллической решётке должна происходить структурная релаксация, сопровождающаяся взаимной аннигиляцией дефектов и образованием сдвиго-неустойчивых фаз. В итоге возникает неустойчивое состояние решётки, приводящее к фазовому переходу кристаллической фазы в паракристаллическую, затем аморфную. Такое состояние характерно, например, для деформируемых металлов при достижении предельной деформации, контролирующей фрагментацию зёрен и образование сдвиго-неустойчивых фаз по границам фрагментов. [c.128] В паракристаллах протяженные дефекты приводят к топологическому упорядочению, т.е. к пространственному порядку в расположении атомов. Упорядоченное распределение разносортных атомов в многокомпонентных системах называют композиционным (или химическим) [5]. Изучение топологии - более сложная задача, чем изучение упорядочения. Это связано с ем, что топологический порядок в аморфных сплавах является политетраэдрическим. Поэтому он несопоставим с ближним порядком в кристаллах, для которых характерно пространственное рассредоточение в трех измерениях. Это означает что ближние порядки в аморфных кристаллических фазах принципиально различны. [c.128] Для перехода от структуры с топологией искривленного трехмерного пространства к структуре материала с топологией в трехмерном пространстве вводят дефекты в виде ряда дисклинационных линий. Присутствие дисклинаций в материале приводит к римановой кривизне кристалла и изменяет его симметрию (рис. 4.5). Лихачев и др. [6] определили строение аморфного вещества как искривленное пространство Римана, что предполагает наличие в аморфных сплавах симметрии 5-го порядка или специфических дисклинаций наклона. На рис. 4.5 сопоставлены структуры идеального кристалла и кристалла с дисклинациями. [c.128] Согласно этой модели, переход аморфного состояния в жидкое связан с образованием бесконечного жидкоподобного кластера при достижении критической плотности жидкоподобных ячеек. [c.130] В то же время они могут являться структурным элементом, заполняющим значительную часть объема. [c.131] Электронно-микроскопические исследования обнаруживают структурные неоднородности аморфных тел, которые можно интерпретировать в рамках конгломерантных моделей. [c.131] Поликластерная модель, предложенная Бакаем [5] является наиболее общей, так как распространяется и на системы, состоящие из различных сортов атомов, т.е. учитывает и композиционное упорядочение. Модель базируется на рассмотрении локально-регулярных кластеров и поли-кластерных структур [9]. [c.131] Локально-регулярным кластером называют совокупность регулярных атомов с атомами, принадлежащими их поликластерам. Решетка локально-регулярного кластера представляет собой случайную сеть, локально-упорядоченную в окрестности каждого из атомных узлов. Степень нарушения порядка в кластере описывается деформациями. Кластер можно достроить, размещая атомы на граничной поверхности. На рис. 4.8 представлена схема двух локально-регулярных двухмерных кластеров, сопрягающихся на межкластерной границе. [c.131] Экспериментальное изучение кластерных структур требует использования техники с высокой разрешающей способностью. [c.132] Большие возможности в изученки Структуры аморфных сплавов открывает метод просвечивающей микроскопии в режиме формирования фазового контраста. В этом случае можно наблюдать отдельные кристаллографические плоскости и даже отдельные ат омы, если использовать объекты толщиной порядка 1—5 нм. Такие исследования проведены в [10] на сплавах Fe-B в режиме прямого разрешения. Авторы интерпретировали наблюдаемую структуру как микрокристаллическую (радиус этих микрокристаллов изменялся от 0,7 до 1,1 нм по мере снижения содержания бора от 5 до 15 ат.%). Вывод о микрокристаллической природе аморфных сплавов сделан и авторами других электронно-микроскопических исследований [11-13]. Однако при анализе субкристаллических структур (при структурной единице размером порядка 1 нм) трудно отличить микрокристалл от кластера . Поэтому считают, что электронно-микроскопические исследования подтверждают в равной мере как микрокристаллическую, так и кластерную природу аморфных сплавов. [c.132] исследования [14] методом нейтронной дифракции атомной структуры аморфного интерметаллида Zro,34Vo, , который при кристаллизации переходит в кубическую фазу Лавеса, показали сильную корреляцию в расположении атомов на расстояниях до 15 А. Отмечено сходство ближнего порядка в аморфном сплаве с расположением атомов в кристалле и наличие химического ближнего порядка. Его существование непосредственно следует из сходства атомных структур кристаллической и аморфной фаз. Это обусловливает кластерное строение последней с характерным размером микрокластеров около 13 А. [c.132] Таким образом, дальнодействующие межатомные корреляции, которые, собственно, и обеспечивают сдвиговую жесткость (устойчивость кристаллов и вязкость жидкостей и аморфных тел), являющуюся фундаментальным признаком конденсированного состояния, обусловливают существование как минимум локального порядка в пределах радиуса корреляции. При этом в пределах радиуса корреляции локальные атомные конфигурации имеют вполне определенную симметрию, удовлетворяющую требованиям теоремы Федорова. Существование состояний с локальной федоровской структурой в неупорядоченных конденсированных системах надежно установлено при численном моделировании аморфных структур [16]. [c.133] В реальных условиях процесс стеклования — сложный иерархический многостадийный и многоуровневый процесс. Первая стадия связана с образованием зародышей микрокристаллов, неспособных к росту и служащих своеобразной подложкой для осаждения аморфных кластеров, вторая характеризуется самоорганизацией мезокластеров, а третья — образованием макроструктуры в результате роста мезокластеров и их объединения. Каждая стадия имеет свои характерные временные и пространственные масштабы. Это позволяет эффективно управлять процессом стеклования, фиксируя ту или иную микро-, мезо- или макроструктуру. [c.134] Уже отмечалось, что на микроуровне фрактальная размерность зависит только от упругого коэффициента Пуассона у,ф, а на мезоуров-не— от эффективного коэффициента поперечной деформации Ч эф. [c.134] Вернуться к основной статье