Характер фазових рівноваг та термодинамічні властивості сплавів потрійних систем Gd – Al – Ga, Gd – Ge – Ga і Gd – Si – Ga

Публікації. Основний зміст дисертації викладено в 10 роботах, зазначених у списку літератури.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота містить вступ, чотири розділи, висновки, список використаних літературних джерел (122 найменування), додатки. З урахуванням 52 рисунків та 51 таблиці робота викладена на 157 сторінках машинописного тексту.

 

 

У вступі обгрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульована мета даного дослідження, викладено наукову новизну роботи.

У першому розділі представлено узагальнені літературні відомості про термодинаміку та кристалічну структуру сполук граничних подвійних Gd- (Ga, Al, Ge, Si), Al (Ge, Si) -Ga та потрійних систем Gd-Al-Ga, Gd-Ge-Ga, Gd-Si-Ga. На основі проведеного аналізу поставлено задачі, які необхідно розв’язати в процесі дослідження.

Другий розділ містить характеристику вихідних матеріалів, методики виготовлення, термообробки і дослідження фазового складу та кристалічної структури сплавів систем Gd-Al (Ge, Si) -Ga, а також результати рентгенівських досліджень.

Сплави для рентгенівського дослідження готували методом електродугової плавки з металів високої чистоти: гадолінію – ГдМ-1 (99, 85%), галію – ГЛ-000 (99, 999%), германію – ГПЗ-1 (99, 999%), кремнію напівпровідникової чистоти (99, 99%), електролітичного алюмінію (99, 99%). Контроль складу сплавів здійснювали зважуванням зливків після плавки. Сплави запаювали в попередньо евакуйовані, а потім заповнені очищеним аргоном кварцові ампули і піддавали відпалу протягом 790-2400 год при температурах 673 та 1073 К. Після відпалу сплави гартували у холодній воді.

Фазові рівноваги та кристалічна структура сполук досліджені за допомогою створеної на базі ДРОН-3 та IBM АТ “Автоматизованої системи збирання, обробки та інтерпретації рентгенівських дифракційних спектрів”, яка розроблена на кафедрі фізики металів фізичного факультету Київського університету імені Тараса Шевченка. Дифрактограми для фазового аналізу та дослідження кристалічної структури записували на апараті ДРОН-3 у мідному фільтрованому випромінюванні в дискретному режимі: крок сканування 0, 05, експозиція в кожній точці 5-10 с. Первинна обробка дифракційних спектрів виконувалась за методом повнопрофільного аналізу (з коректуванням положення центрів ваги піків за внутрішнім стандартом – кремнієм) ; похибка визначення положення центрів ваги піків становила  (0, 001-0, 005) , інтегральних інтенсивностей –  (5-15) %.

Рентгенівський фазовий аналіз проводили за допомогою оригінального комплексу програм з використанням банку даних еталонних дифракційних спектрів. У програмі передбачена можливість графічного порівняння експериментального спектру досліджуваного зразка з дифракційним спектром еталону, аналітичного порівняння міжплощинних відстаней спектру зразка та еталону, уточнення за методом найменших квадратів періодів кристалічної гратки кожної фазової складової, для якої проводиться ідентифікація. Відносна похибка визначення періодів кристалічної гратки не перевищувала 0, 03%.

Рентгенівський структурний аналіз. Кристалічну структуру сполук досліджено за методом порошку з використанням машинного банку даних структурних типів інтерметалічних та неорганічних сполук, створеного на кафедрі фізики металів Київського університету імені Тараса Шевченка, який містить понад 6500 атестованих одиниць інформації. Пошук ймовірних структурних типів-аналогів здійснювали або шляхом порівняння експериментального дифракційного спектру досліджуваної сполуки з дифракційними спектрами сполук банку даних (в автоматичному режимі та за певними ключами) або за симетрією та значеннями періодів кристалічної гратки сполуки, якщо їх вдавалося визначити в процесі індексування експериментального спектру за допомогою відомого комплексу програм ”Порошок” (ХФТИ НАНУ), адаптованого для IBM АТ та інтегрованого в зазначену вище “Автоматизовану систему…”.

Перевірку структурних моделей, уточнення за методом найменших квадратів координатних та теплових параметрів структури, коефіцієнтів заповнення атомами позицій, врахування впливу текстури в зразках виконували за допомогою спеціального комплексу програм для структурних розрахунків.

Система Gd-Al-Ga (рис. 1) вивчена на 140 подвійних і потрійних сплавах (відпал 1300-2400 годин при 1073 та 673 К). В результаті дослідження підтверджено утворення двох відомих з літера-тури потрійних сполук GdAl2Ga2 і GdAlGa. Визначено області гомогенності цих сполук: для GdAl2Ga2 – від 38 до 56 ат. % Ga (1-GdAl2, 1-1, 2Ga1, 9-2, 8), для GdAlGa – від 33 до 42 ат. % Ga (3-GdAl1-0, 7Ga1-1, 3). Встановлено існування чотирьох нових потрійних інтерметалідів 2-GdAl3, 29-2, 05Ga0, 48-1, 72, 4-GdAl0, 7Ga0, 8, 5-GdAl0, 46Ga0, 35 і 6-GdAl0, 10Ga0, 35, а також твердих розчинів на основі більшості (окрім Gd2Al) подвійних галідів та алюмінідів гадолінію. Методом порошку проведено уточнення кристалічної структури сполуки ”GdAl2Ga2” і визначено кристалічну структуру сполуки 2-GdAl3, 29-2, 05Ga0, 48-1, 72. Кристалографічну характеристику цих потрійних сполук наведено в табл. 1.

 

Таблиця 1

Кристалографічна характеристика досліджених потрійних сполук системи Gd-Al-Ga

 

Визначення границь розчинності третього компоненту в подвійних інтерметалідах гадолінію проведено за концентраційними залежностями їхніх періодів граток. 

 

Рис. 1 Ізотермічний переріз діаграми стану системи Gd-Al-Ga при 1073 К

 

Система Gd-Ge-Ga (рис. 2). Фазові рівноваги в цій системі вивчені більш ніж на 180 литих і термічно (при двох температурах) оброблених сплавах. При 1073