Високотемпературні структурно-фазові перетворення в нестехіометричних, розупорядкованих фазах втілення, надтвердих та інтерметалічних сполуках

ВИСНОВКИ

1. Для дослідження фазового стану матеріалів та прецізійного вимірювання кристалоструктурних характеристик фаз при високотемпературному дифрактометричному in-situ дослідженні полікристалів розроблено методику з використанням в якості внутрішнього еталону Si та інтерпретації одержаних дифракційних картин методом повнопрофільного аналізу. На базі дифрактометра РЕД-4 створено методику сканування заданого об'єму оберненого простору монокристалу та програму апроксимації одержаних дифракційних профілів методом Пауела.

2. Вперше при дослідженні впливу типу вакансій на процеси впорядкування у карбідах Mo₂C і Nb₂C виявлені нові, невідомі раніше упорядковані р-фази, які характеризуються наявністю структурних вакансій (загальною кількістю ~2,5-3,5%) у підгратці атомів металу та дальнім порядком у їхньому розподілі. Встановлено, що закономірне розміщення металевих вакансій в карбідах Mo₂C, Nb₂C описується чергуванням комплектних і некомплектних площин щільного пакування атомів Mo (Nb). Вакансії в некомплектних металевих площинах та атоми С в октаедричних пустотах розподілені статистично, що вказує на реалізацію повного розупорядкування в підгратці атомів вуглецю при переході від високотемпературної упорядкованої модифікації (е) до низькотемпературної (в'). В системі V-O встановлена структура упорядкованої б'-фази (~ V₉O, пр. гр. Р4₂/mnm), в якій атоми кисню розміщуються в двох із трьох можливих граток октаедричних пустот вихідної ОЦК гратки атомів V. Це, в свою чергу, приводить до розтягу в площині XY і до стиску в напрямку осі Z, що проявляється в тетрагональності металічної гратки (с₀/a₀ <1).

3. Експериментально при високих температурах встановлено вплив розміру частинок на зміну фазового стану в нанорозмірних порошках ZrО₂ та SiC. Показано, що тетрагональна фаза ZrО₂ нестійка і переходить у моноклінну при збільшенні розмірів часток. Рентгенографічно показано наяність широкої температурної петлі гістерезису при перетворенні тетрагональної модифікації ZrО₂ в моноклінну. Виявлено, що фазове перетворення t > m у відпалених нанокристалічних порошках ZrО₂ протікає тільки після їх охолодження і витримки при кімнатній температурі. Взаємодія ультрадисперсних порошків SiC з SiO₂ у вакуумі при температурах ~2023 К приводить до утворення невідомої раніше карбідної фази з приблизним складом Si₅C₃, яка формується на поверхні частинок -SiC та стабільна до температури 1473 К.

4. Вперше дифрактометричним дослідженням в інтервалі температур 293-2073 К виявлено особливості протікання зворотнього фазового перетворення в надтвердих фазах нітриду бору, спечених в ударних хвилях. Встановлено, що фазовий перехід BN_сф>BN_г в таких полікристалах здійснюється при більш високих температурах в порівнянні з полікристалами, спеченими в статичних умовах. Показано, що суттєвою особливістю субструктури полікристалів BN_сф після ударно-хвильової обробки є фрагментування монокристалічних зерен на ультрадрібні розорієнтовані області та наявність в кристалічній структурі нерівноважної концентрації дефектів. Це обумовлює зменшення швидкості високотемпературного руйнування спечених полікристалів BN_сф та забезпечує їм більш стабільні експлуатаційні властивості.

5. Рентгенографічним високотемпературним методом досліджено кристалічний стан в мікроплазмових покриттях гідроксиапатиту та дифузійних карбідних Nb-Cr покриттях на вуглецевих сталях. Встановлені кристалоструктурні особливості фаз покриття та зміни залишкових напруг у покритті при протіканні б>г перетворення у матриці з вуглецевих сталей. Показано, що нанесення комплексних ніобій-хромових дифузійних шарів на вуглецеві сталі приводить до утворення тришарового карбідного покриття з карбіду хрому типу Cr₂₃C₆, монокарбіду ніобію NbС, а на границі з матрицею утворюється карбід типу Cr₇C₃, легований атомами заліза. В мікроплазмових покриттях гідроксиапатиту Ca₅(PO₄)₃OH встановлено формування кристалічної текстури вздовж напрямку [002], ступінь якої зростає в процесі нагріву. Наявність вказаної текстури, яка аналогічна текстурі кості живого організму, повинна позитивно впливати на процеси ресорбції металічних імплантантів з покриттям із Ca₅(PO₄)₃OH.

6. Вперше показано можливість переходу високотемпературної модифікації інтерметаліду Al₃Ti (структурний тип DO₂₂) в низькотемпературну модифікацію Al₂₄Ti₈ шляхом протікання поліморфного перетворення, ініційованого механічною деформацією при кімнатній температурі. Збільшення вмісту Zr в інтерметаліді Al₃(Tі_1-xZr_x) приводить до перетворення його кристалічної структури D0₂₂ в структуру D0₂₃ з утворенням інтерметаліду Al₃Zr. Встановлено, що стабілізація структури типу D0₂₃ при легуванні інтерметаліду Al₃Tі атомами Zr відбувається при заміщенні атомів титану в кількості, що відповідає формулі Al₁₂Tі₃Zr.

7. Вперше в системі Al-Ti-Cr методом високотемпературної рентгенографії встановлено існування при підвищених температурах широкої двофазної (L1₂+в) області складів сплавів, де L1₂ - упорядкована кубічна структура, в-фаза - твердий розчин Al і Ti в ОЦК гратці Cr. В результаті фазових перетворень в твердому стані з в-твердого розчину можуть виділятися інтерметаліди AlCr₂ або Ti(AlCr)₂ (структурний тип С14). Відмічено високу швидкість перетворення в > AlCr₂, що обумовлено кристалоструктурною подібністю граток вказаних фаз та супроводжується упорядкуванням атомів Al, Ti і Cr.

8. Вперше методом високотемпературної рентгенографії вивчено фазові перетворення при нагріванні водорозпилених квазікристалічних порошків Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂, легованих атомами Sc і Cr. При легуванні порошку Al₆₅Cu₂₅Fe₁₂ введенням в нього сплаву Ti₆₀Cr₃₂Si₈, встановлено формування нової фази, яку можна розглядати як результат упорядкованого розміщення хімічних елементів у рамках учетвереної елементарної комірки -фази системи Al-Cu-Fe. Показано прогресуюче наростання густини фазонних дефектів гратки квазікристалу зі збільшенням тиску при спіканні. При наявності квазікристалів в сплавах системи Al-Fe-Cr відпал в інтервалі температур 653-773 К на протязі 30 хвилин приводить до утворення в них метастабільної фази Al₆Fe, яка існує до температури 823 К, а підвищення температури відпалу приводить до утворення стабільних інтерметалідів Al₁₃Fe₄ і Al₁₃Cr₂.

9. Методом повнопрофільного аналізу дифракційних картин досліджено кристалічну структуру гідридоутворюючих фаз в сплавах типу AB₂ на основі цирконію та її вплив на водень-сорбційні властивості. Показано, що активований Zr-вмісний сплав ZrMn_0.5Cr_0.2V_0.1Ni_1.2 з нікелем має ємність 480 мА·год/г, що досягається за рахунок ефекту нікелю в композиті, який є активатором хемосорбції водню. Дослідження високотемпературних фазових перетворень в аморфному сплаві Mg₈₀Y₅Ni₁₅ дозволило встановити існування невідомої раніше фазової складової з тетрагональною коміркою (а=0,7103 нм, с=1,005нм), яка виділяється при температурах 473-573 К в процесі нагріву сплаву, як у вихідному стані, так і після його насичення воднем.

10. Методом високотемпературної рентгенографії встановлено формування при температурах 773-873 К в литих сплавах системи Ti-Zr-Ni апроксимантної W-фази на відміну від сплавів, одержаних методом порошкової металургії, в яких основною фазовою складовою є інтерметалід (TiZr)₂Ni. Формування в сплавах системи Ti-Zr-Ni апроксимантної складової дозволяє накопичувати в них до 2,5 мас. % водню при меншому значенні об'ємного ефекту (19,6 %) в порівнянні зі станом, де присутні фаза Лавеса С14 (об'ємний ефект 21,1 %) чи кубічна фаза (TiZr)₂Ni (об'ємний ефект 22,7 %) зі структурою типу Ti₂Ni.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Ковтун В.И., Трефилов В.И., Бритун Б.Ф., Пилянкевич А.Н., Карпец М.В. Действие слабых ударных волн на порошки алмаза и плотных модификаций нитрида бора // Порошковая металлургия. - 1991. - N 7. - С. 79-84.

2. Лаврив Л.В., Карпец М.В., Павликов В.Н. Диаграмма состояния систем Mn₂O₃-B₂O₃ // ДАН України. - 1991. - N 11. - С. 116-118.

3. Ковтун В.И., Бритун В.Ф., Алексеевский В.П., Трефилов В.И., Пилянкевич А.Н., Чугунова С.И., Карпец М.В. Влияние термобарической обработки на субструктуру и твердость поликристаллов BN_сф, полученных в ударных волнах // Порошковая металлургия. - 1991. - N 8. - С. 90-94.

4. Карпец М.В., Хаенко Б.В., Бугайчук Н.Т. Базисная структура '-фазы системы V-O // ДАН України. - 1992. - N 3. - С. 54-57.

5. Ковтун В.И., Трефилов В.И., Карпец М.В., Чугунова С.И. Образование новых соединений при спекании в ударных волнах BN_сф с Al₂O₃ и ZrO₂ // Порошковая металлургия. - 1993. - N 6. - С. 87-93.

6. Ковтун В.И., Трефилов В.И., Петренко А.В., Зауличный Я.В., Бритун В.Ф., Карпец М.В., Жураковский Е.А. Энергетическая структура электронов в валентной полосе поликристаллов кубического нитрида бора, спеченных в ударных волнах // Порошковая металлургия. - 1993. - N 7. - С. 94-101.

7. Хаенко Б.В., Прилуцкий Э.В., Карпец М.В., Михайлик А.А., Бритун В.Ф. Фаза со структурой типа FeSi в термообработанных порошках карбида кремния // ДАН України. - 1994. - N 8. - С. 94-97.

8. Хаенко Б.В., Прилуцкий Э.В., Карпец М.В., Михайлик А.А. Состояние и кристаллическая структура продуктов взаимодействия карбида кремния с SiO₂ // Неорганические материалы. - 1995. - Т. 31, N 3. - С. 327-332.

9. Феночка Б.В., Ковтун В.И., Трефилов В.И., Карпец М.В., Юлюгин В.К. Особенности диссоциации в вакууме поликристаллов BN_сф., спеченных в ударных волнах // Порошковая металлургия. - 1995. - N 3-4. - С. 55-61.

10. Хаенко Б.В., Прилуцкий Э.В., Михайлик А.А., Карпец М.В. Образование новой фазы при нагреве продуктов взаимодействия SiC с SiO₂ // Порошковая металлургия. - 1995. - N 9-10. - С. 26-28.

11. Khaenko B.V., Prilutsky E.V., Mikhailik A.A., Karpets M.V. New Si₅C₃ Type Silicon Carbides and Their Crystal Structure // Materials Structure in Chemistry, Biology, Physics and Technology. Bulletin of Czech and Slovak Crystallographic Association. - 1996. - V. 3, N 3. - P. 56-60.

12. Vasilkovskaya M.A., Karpets M.V., Kovtun V.I. Structural Specificities of Diamond Powders after Treatment with Shock Waves // Science of Sintering. - 1999. - V. 31, N 3. - P. 223-226.

13. Хаенко Б.В., Гнитецкий О.А., Карпец М.В. Упорядоченные модификации полукарбидов ниобия и молибдена с дальним порядком в распределении структурных металлических вакансий // Кристаллография. - 1999. - Т. 44, N 2. - C. 317-320.

14. Чернега С.М., Зауличный Я.В., Карпец М.В., Белоус М.В. Влияние хрома на изменение характеристик диффузионных боридных покрытий // Порошковая металлургия. - 2000. - N 11/12. - С. 88-93.

15. Ковтун В.И., Бритун В.Ф., Карпец М.В. Спекание порошков BN_сф в ударных волнах // Физика импульсной обработки материалов (Под ред. проф. В.В. Соболева). - Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС, - 2003. - С. 124-132.

16. Горная И.Д., Карпец М.В., Кузьменко Н.Н., Кулак Л.Д., Саржан Г.Ф., Фирстов С.А. Исследование структуры быстрозакаленных алюминиевых сплавов // Электронная микроскопия и прочность материалов. - К.: ИПМ НАНУ. - 2003. - Вып. 12. - С. 31-36.

17. Ткаченко В.Г., Хоружая В.Г., Мелешевич К.А., Карпец М.В., Фризель В.В. Фазовые равновесия в системе Mg-Al-Ca (область 50-100 мас.% Mg) // Порошковая металлургия. - 2003. - N 5/6. - С.59-65.

18. Хижняк В.Г., Карпец М.В., Долгих В.Ю. Нанесение защитных покрытий на безвольфрамовые твердые сплавы // Порошковая металлургия. - 2003. - N 9/10. - С. 118-123.

19. Karpets M.V., Milman Yu.V., Barabash O.M., Korzhova N.P., Senkov O.N., Miracle D.B., Legkaya T.N., Voskoboynik I.V. The influence of Zr alloying on the structure and properties of Al₃Ti // Intermetallics. - 2003. - V. 11. - P. 241-249.

20. Marinkoviсh Z.V., Milosheviсh O., Nikoliсh M.V., Kakazey M.G., Karpets M.V., Tomila T.V., Ristiсh M.M. Evolution of the Microstructure of Disperse ZnO Powders Obtained by the Freeze-Drying Method // Materials Science and Engineering A. - 2004. - V. 375. - P. 620-624.

21. Barabash O.M., Milman Yu.V., Miracle D.B., Karpets M.V., Korzhova N.P., Legkaya T.N., Mordovets N.M., Podrezov Yu.N., Voskoboynik I.V. Formation of periodic microstructures involving the L1₂ phase in eutectic Al-Ti-Cr alloys // Intermetallics. - 2003. - V. 11. - P. 953-962.

22. Карпец М.В., Добровольський В.Д., Лоскутова Т.В., Чернега С.М. Состав и структура комплексных карбидных покрытий Nb-Cr на углеродистых сталях // Порошковая металлургия. - 2004. - N 11/12. - С. 57-62.

23. Грищишина Л.Н., Лысенко А.А., Трефилов В.И., Иванова Н.Д., Карпец М.В. Комплексное исследование сплавов титана с 3d-металлами // Электронная микроскопия и прочность материалов. - К.: ИПМ НАНУ. - 2001. - С. 69-80.

24. Кобылинская О.В., Карпец М.В., Клименко В.П., Рагуля А.В. Тетрагонально - моноклинное превращение в нанокристаллическом диоксиде циркония с разным содержанием оксида иттрия // Нанокристаллические материалы. - Киев: ИПМ НАНУ. -2003. - С. 24-31.

25. Karpets M.V., Milman Yu.V. Diffraction 'in-situ' study of Al-Cu-Fe-X quasicrystalline powders for thermal-sprayed coatings // Physics and Chemistry of a Solid State. - 2005. - V. 6, N 2. - P. 203-206.

26. Барабаш О.М., Мильман Ю.В., Воскобойник И.В., Коржова Н.П., Карпец М.В., Легкая Т.Н., Мордовец Н.М. Влияние легирования на микроструктуру и фазовый состав эвтектических (Ll₂+) сплавов тройной системы Al-Ti-Cr // Металлофизика и новейшие технологии. - 2006. - Т. 28, N 5. - С. 697-706.

27. Карпець М.В., Фірстов С.О., Кулак Л.Д., Горна І.Д., Кузьменко М.М., Саржан Г.Ф. Особливості фазоутворення в швидкозагартованих сплавах Al - Fe - Cr при наявності квазіристалів // Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т. 7, N 1. - С. 147-151.

28. Khyzhun O. Yu., Karpets M. V., Sinelnichenko A. K. Electronic Structure of the 4H(b)-NbSe₂ and 3R-MoSe₂ Polymorphous Forms as Studied by the XPS and XES Methods // Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. - 2006. - V. 28, N 11. - P. 1451-1470.

29. Борисов Ю.С., Борисова А.Л., Адеева Л.И., Туник А.Ю., Карпец М.В., Дорошенко Л.К. Влияние легирования на состав, структуру и свойства порошков сплава AlCuFe, содержащего квазикристаллическую фазу // Современная электрометаллургия. - 2006. - N 2. - C. 25-32.

30. Борисов Ю.С., Борисова А.Л., Карпец М.В., Лоцко Д.В., Мильман Ю.В., Адеева Л.И., Гордань Г.Н., Дорошенко Л.К. Исследование фазовых превращений в порошках многокомпонентных сплавов на основе AlCuFe с квазикристаллической структурой // Современная электрометаллургия. - 2006. - N 4. - C. 47-53.

31. Borisov Y., Voynarovych S., Kislitsa A., Borisova A., Karpets M., Tunik A. Effect of Microplasma Spray Conditions on Structure, Phase Composition and Texture of Hydroxyapatite Coatings // Proceedings of the 2006 International Thermal Spray Conference. - Seattle, Washington (USA). - 2006. - P. 885-890.

32. Karpets M.V., Gnitetskii O.A., Sirichenko S.V., Solonin Yu.M. Crystal Structure Study by Rietveld's Method of Hydride-Forming AB₂ Type Intermetallic Compounds with Zr Content // Abstracts Book of NATO Int. Conf. “Hydrogen Materials Science and Chemistry of Metal Hydrides”. - Katsiveli (Ukraine). - 1999. - P. 110.

33. Карпец М.В., Гнитецкий О.А., Сириченко С.В., Солонин Ю.М. Фазовый состав и электрохимические свойства гидридообразующего сплава на основе циркония // Ext. Abstracts Book of VII Int. Conf. “Hydrogen Materials Science and Chemistry of Metal Hydrides”. - Alushta (Ukraine). - 2001. - С. 108-109.

34. Karpets M.V. Precision measurement of lattice parameters in high-temperature X-ray diffractometry // Proceedings of Int. Conf. Science for Materials in the Frontier of Centuries: Advantages and Challenges, ed. V.V. Skorokhod. - Kiev (Ukraine). - 2002. - P. 708-709.

35. Karpets M.V., Lotsko D.V., Milman Yu.V. High-Temperature X-ray Investigation of Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂ Powder with Quasicrystalline Component // Metallic Materials with High Structural Efficiency, NATO Advanced Research Workshop. - Kiev (Ukraine). - 2003. - P. 51.

36. Карпец М.В., Солонин Ю.М., Великанова Т.А., Фомичев А.С., Карпец Ф.М., Хомко Т.В. Особенности гидрирования сплавов Ti-Zr-Ni, содержащих аппроксимантную фазу // Ext. Abstracts Book of IX Int. Conf. “Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials”. - Sevastopol (Ukraine). - 2005. - Р.116-117.

37. Максимчук И.Н., Ткаченко В.Г., Карпец М.В., Щербакова Л.Г., Волосевич П.Ю., Малка А.Н., Медалович Н.П., Фризель В.В., Пятачук С.Г. Структурные и фазовые превращения в сплавах системы Мg-Y-Ni-H // Ext. Abstracts Book of IX Int. Conf. “Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials”. - Sevastopol (Ukraine). - 2005. - Р.242-243.

38. Карпець М.В., Мільман Ю.В., Лоцко Д.В., Борисов Ю.С., Борисова А.Л. Високотемпературні фазові перетворення в порошках та газотермічних покриттях на основі AlCuFe-TiCrSi // Тезисы докл. межд. конф. “Современное материаловедение: Достижения и проблемы”. - Киев (Украина). - 2005. - С. 269-270.

АНОТАЦІЯ

Карпець М.В. Високотемпературні структурно-фазові перетворення в нестехіометричних, розупорядкованих фазах втілення, надтвердих та інтерметалічних сполуках. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2007.

За допомогою методу високотемпературної in-situ дифрактометрії досліджено фазові перетворення при високих температурах в моно- та полікристалічних зразках слідуючих класів сполук: 1) звичайні нестехіометричні карбідні та оксидні фази втілення з вакансіями в металоїдній і металічній підгратці та нанокристалічні порошки; 2) надтверді фази нітриду бору, спечені в ударних хвилях; 3) гідридоутворюючі сплави; 4) інтерметаліди з квазікристалічною складовою. Встановлено закономірне розміщення металевих вакансій у карбідах Mo₂C та Nb₂C, яке описується чергуванням комплектних і некомплектних (~5-7% вакансій) площин щільного пакування атомів Mo (Nb). Показано, шо зворотнє фазове перетворення в спечених ударними хвилями полікристалах BN_сф здійснюються при більш високих температурах (2073 К) в порівнянні з полікристалами, які спечені в статичних умовах. Прямим рентгенографічним експериментом встановлено відмінність фазового стану нанокристалічних порошків ZrO₂ при температурах до 1273 К в порівнянні з порошками мікронних розмірів частинок. В системі Al-Ti-Cr встановлено існування при підвищених температурах широкої двофазної (L1₂+в) області складів сплавів, де L1₂ - фаза з упорядкованою кубічною структурою, в - твердий розчин Al і Ti в ОЦК гратці Cr, з якого в результаті фазових перетворень у твердому стані можуть виділятися інтерметаліди AlCr₂ і Ti(AlCr)₂ (структурний тип С14). В інтервалі температур 293-1273 К досліджено фазові перетворення за участю квазікристалічної фази в водорозпилених порошках Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂, легованих Sc, Cr та сукупністю елементів TiCrSi. Встановлено, що наявність квазікристалів в зразках системи Al-Fe-Cr обумовлює утворення в них метастабільної фази Al₆Fe. Вивчено вплив структурного стану на водень-сорбційні властивості апроксимантної фази W(TiZrNi) та сплавів типу АВ₂.

Ключові слова: атомне впорядкування, кристалічна структура, фазове перетворення, квазікристал, апроксимант, інтерметалід, рентгенівська високотемпературна дифрактометрія, нітрид бору.

АННОТАЦИЯ

Карпец М.В. Високотемпературные структурно-фазовые превращення в нестехиометрических, розупорядоченных фазах внедрения, сверхтвердых и интерметаллических соединениях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев, 2007.

С помощью метода высокотемпературной іn-sіtu дифрактометрии исследованы фазовые превращения при высоких температурах в моно- и поликристаллических образцах следующих классов соединений: 1) обычные нестехиометрические карбидные и оксидные фазы внедрения с вакансиями в металлоидной и металлической подрешетке и нанокристаллические порошки; 2) сверхтвердые фазы нитрида бора, спеченные в ударных волнах; 3) гидридообразующие сплавы; 4) интерметаллиды с квазикристаллической составляющей. Установлено закономерное размещение металлических вакансий в карбидах Mo₂C и Nb₂C, которое описывается чередованием комплектных и некомплектных (~5-7% вакансий) плоскостей плотной упаковки атомов Mo (Nb). В некомплектных металлических плоскостях вакансии распределены статистически, а в подрешетке атомов углерода, в отличие от известных упорядоченных модификаций е и в', атомы С не упорядочены. При упорядочении в подрешетке атомов кислорода установлена структура упорядоченной б'-фазы в системе V-O (~ V₉O, пр. гр. Р4₂/mnm), в которой атомы кислорода размещаются в двух из трех возможных решеток октаедричних пустот исходной ОЦК решетки атомов V. Показано, шо обратное фазовое превращение в спеченных ударными волнами поликристаллах BN_сф осуществляются при более высоких температурах (2073 К) в сравнении с поликристаллами, спеченными в статических условиях. Прямым рентгенографическим экспериментом установлено отличие фазового состояния нанокристаллических порошков ZrО₂ при температурах до 1273 К в сравнении с порошками микронных размеров частичек. Выявлено, что тетрагональная фаза ZrО₂ в таких порошках неустойчива и переходит в моноклинную при увеличении размеров частиц. Прямым рентгенографическим экспериментом показано наличие широкой петли гистерезиса при превращении тетрагональная > моноклинная модификация ZrО₂. Указанное фазовое превращение при отпуске нанокристалических порошков ZrО₂ протекает при комнатной температуре. Впервые показана возможность получения низкотемпературной модификации Al₂₄Tі₈ при протекании полиморфного превращения в Al₃Tі (структурный тип D0₂₂), инициированного механической деформацией при комнатной температуре. Увеличение содержания Zr в интерметаллиде Al₃(Tі_1-xZr_x) приводит к постепенному превращению его кристаллической структуры D0₂₂ в D0₂₃ с образованием интерметаллида Al₃Zr. Установлено, что стабилизация структуры типа D0₂₃ при легировании интерметаллида Al₃Tі атомами Zr происходит при замещении атомов титана в количестве, которое отвечает формуле Al₁₂Tі₃Zr. В системе Al-Tі-Cr установлено существование при повышенных температурах широкой двухфазной (L1₂ + в) области составов сплавов, где L1₂ - упорядоченная кубическая структура, в-фаза - твердый раствор Al и Tі в ОЦК решетке Cr. В результате фазовых превращений в твердом состоянии из в-твердого раствора могут выделяться интерметаллиды AlCr₂ или Tі(AlCr)₂ (структурный тип С14). Отмечена высокая скорость преобразования в > AlCr₂, что может быть обусловлено кристаллоструктурным сходством решеток указанных фаз и сопровождается упорядочением атомов. В интервале температур 293-1273 К исследованы фазовые превращения при наличии квазикристаллической фазы в водораспыленых порошках Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂, легированных Sc, Cr и совокупностью элементов TіCrSі. Установлено, что наличие квазикристаллов в сплавах системы Al-Fe-Cr обуславливает образование в них метастабильной фазы Al₆Fe. Исследование высокотемпературных фазовых превращений в аморфном сплаве Mg₈₀Y₅Ni₁₅ в исходном состоянии и после насыщения водородом позволило установить существование неизвестной прежде фазы, которая существует до температуры 573 К в обоих состояниях сплава Mg₈₀Y₅Ni₁₅. Изучено влияние структурного состояния на водород-сорбционные свойства аппроксимантной фазы W(TіZrNі) и сплавов типа АВ₂. Формирование в сплавах системы Ti-Zr-Ni аппроксимантной ссоставляющей способствует накоплению в них до 2,5 вес. % водорода.

Ключевые слова: атомное упорядочение, кристаллическая структура, фазовое превращение, квазикристалл, аппроксимант, интерметаллид, рентгеновская высокотемпературная дифрактометрия, нитрид бора.

ABSTRACT

Karpets M.V. High-temperature structural and phase transformations in nonstoichiometric, disordered interstitial phases, superhard and intermetallic alloys. - Manuscript.

Thesis for doctor's degree by speciality 01.04.07 - solid state physics. - Institute for Problems of Materials Science of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.

The high-temperature in-situ diffractometry method was used to study phase transformations at high temperatures in single- and polycrystalline specimens of several types of compounds: 1) usual nonstoichiometric carbide and oxide interstitial phases containing vacancies either on nonmetal or metal sublattice and nanocrystalline powders; 2) superhard boron nitride phases sintered in shock waves; 3) hydride-forming alloys; 4) intermetallides with a quasicrystalline component. It has been established a regular arrangement of metal vacancies in Mo₂C and Nb₂C carbides. The arrangement is described by an alternation of complete and non-complete (5-7% vacancies) close-packing planes of Mo (Nb) atoms. It has been shown that a reverse phase transformation in polycrystalline sphalerite-BN is observed at higher temperatures (2073 K). An X-ray diffraction experiment reveals differences of phase states of nanocrystalline ZrO₂ powders at 1273 K and the powders consisting micron-size particles. For the Al-Ti-Cr system, it has been established the existence of a high-temperature composition region for alloys, in which the phase transformation two solid phases with cubic structures Ll₂ and in intermetallics AlCr₂ or Ti(AlCr)₂ (type С14) is realised. In the temperature region from 293 to 1273 K the phase transformations initiated by a quasicrystal phase in water-atomized Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂ powders alloying by Sc, Cr and TiCrSi were studied. It has been established that, the presence of quasicrystals in specimens of the Al-Fe-Cr system causes a formation of the metastable Al₆Fe phase in the specimens. An influence of a structural state of the clystalline approximante W(TiZrNi) phase and AB₂-type alloys upon their hydrogen-sorption properties was investigated.

Keywords: atomic ordering, crystal structure, phase transformation, quasicrystal, approximante, intermetallic, X-ray high-temperature diffractometry, boron nitride.

Размещено на Allbest.ru