Вплив ангармонізму на коливний спектр та повзучість гексагональних щільноупакованих сплавів на основі Ti - Автореферат

Оскільки температурна залежність електроопору визначається електрон-фононною взаємодією, то для зясування природи аномальної температурної залежності повзучості титану слід враховувати як ефекти ангармонізму в коливаннях кристалічної решітки так і електрон-фононну взаємодію. В попередніх роботах було досліджено електрон-фононну взаємодію, але це було зроблено для слабоангармонічних кристалів, в гамільтоніані фонон-фононної взаємодії було враховано лише кубічні члени в розкладі потенціальної енергії в ряд по атомним зміщенням. В роботі вирішується основна задача дослідження - опис внеску нецентральних сил взаємодії між атомами кристалічної решітки, впливу ефектів ангармонізму, електрон-фононної взаємодії та анізотропії на спектр частот та повзучість анізотропного кристалу, дослідити зміну частоти з температурою. У даній дисертаційній роботі, поряд з центральними силами міжатомної взаємодії враховано нецентральні сили та ефекти ангармонізму в коливаннях атомів кристалічної решітки кристалів з гексагональною щільноупакованою структурою. Одержано вираз для динамічної матриці кристалу з гексагональною щільноупакованою решіткою, в якому явно виділено внески від парних і нецентральних сил міжатомної взаємодії та ефектів ангармонізму, а також внесок електрон-фононної взаємодії.У другому розділі в рамках самоузгодженого гармонічного наближення було отримано вирази для матриці силових постійних та динамічної матриці, в яких виділено внески як від парного потенціалу, так і від нецентральних сил міжатомної взаємодії, та ефектів ангармонізму. В рамках самоузгодженого гармонічного наближення досліджено вплив ефектів ангармонізму та нецентральних сил взаємодії на спектр частот коливань анізотропного кристалу. Показано, що внесок ефектів ангармонізму і нецентральних сил проявляється у зменшенні частот коливань атомів кристалічної решітки. Частоти коливань кристалічної решітки ?2 будуть складатися з гармонічної частоти ?20, яка залежить як від парних, так і нецентральних сил взаємодії, а також добавки до частоти ??2, повязаної з ангармонізмом теплових коливань атомів кристалічної решітки. Внесок ефектів ангармонізму та нецентральних сил взаємодії проявляється в зменшенні частот коливань атомів кристалічної решітки.Розвинено теорію коливань кристалічної решітки кристалів з гексагональною щільноупакованою структурою, яка описує ефекти ангармонізму та електрон-фононної взаємодії. Показано, що для симетричного напрямку хвильового вектора вздовж осі x (в базисній площині) відносне зменшення частот коливань за рахунок нецентральних сил досягає 10%, а за рахунок ефектів ангармонізму при температурі T=295 K досягає 5%. Для симетричного напрямку вздовж осі z (перпендикулярна базисній площині) відносне зменшення частот коливань за рахунок нецентральних сил досягає 8%, а за рахунок ефектів ангармонізму при температурі T=295 K досягає 4%. В області температур від 295 K до 923 K для хвильового вектора напрямленого вздовж осі x, що лежить в базисній площині, відносне зменшення частот коливань кристалічної решітки сплаву Ti0.93Al0.07 за рахунок ефектів ангармонізму збільшується із збільшенням температури від ~5% до ~16%.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Розвинено теорію коливань кристалічної решітки кристалів з гексагональною щільноупакованою структурою, яка описує ефекти ангармонізму та електрон-фононної взаємодії.

2. Досліджено ефекти ангармонізму та внесок нецентральних сил взаємодії в коливному спектрі анізотропного кристалу. Отримано вираз для перенормованих силових постійних з явно виділеними внесками як від парних, так і нецентральних сил взаємодії між атомами кристалічної решітки, а також ефектів ангармонізму. Показано, що вплив ефектів ангармонізму і нецентральних сил взаємодії проявляється у зменшенні частот коливань атомів кристалічної решітки.

3. Показано, що для симетричного напрямку хвильового вектора вздовж осі x (в базисній площині) відносне зменшення частот коливань за рахунок нецентральних сил досягає 10%, а за рахунок ефектів ангармонізму при температурі T=295 K досягає 5%. Для симетричного напрямку вздовж осі z (перпендикулярна базисній площині) відносне зменшення частот коливань за рахунок нецентральних сил досягає 8%, а за рахунок ефектів ангармонізму при температурі T=295 K досягає 4%.

4. В області температур від 295 K до 923 K для хвильового вектора напрямленого вздовж осі x, що лежить в базисній площині, відносне зменшення частот коливань кристалічної решітки сплаву Ti0.93Al0.07 за рахунок ефектів ангармонізму збільшується із збільшенням температури від ~5% до ~16%. Відносне збільшення частот коливань за рахунок впливу електрон-фононної взаємодії із збільшенням температури збільшується і досягає при T=923 K приблизно 5%. Для хвильового вектора напрямленого вздовж осі z, що перпендикулярна базисній площині, відносне зменшення частот коливань за рахунок ефектів ангармонізму збільшується із збільшенням температури в цій області температур від ~4% до ~14%. Відносне збільшення частот коливань за рахунок впливу електрон-фононної взаємодії в цій області температур досягає 2%.

5. Показано, що із зменшенням співвідношення між параметрами гексагональної щільноупакованої решітки c/a (c/a<1,633) збільшується різниця частот коливань для різних напрямків хвильового вектора. Встановлено, що анізотропія частот коливань кристалічної решітки призводить до анізотропії коефіцієнта дифузії. Показано, що за рахунок ефектів ангармонізму потенціальні барєри для активації дифузії зменшуються, що є причиною порівняно високої повзучості сплавів на основі титану.

Вплив особливостей будови кристалічної гратки титану та цирконію на їх жароміцність / [Репецький С. П., Кокайло В. С., Піщак В. К., Моісеєва І. В.]. // Электронная микроскопия и прочность материалов - 2007. - вып. 14. - С. 68-77.

Кокайло В. Вплив ангармонізму на дифузійні характеристики анізотропних кристалів / Кокайло В., Репецький С. // Вісник Київського національного університету - 2008. - вип. 8. - С. 26-28.

Репецкий С. П. Проявление ангармонизма и нецентральних сил взаимодействия в колебательных спектрах кристаллов с гексагональной плотноупакованной решеткой / Репецкий С. П., Кокайло В. С. // Металлофиз. новейшие технол. - 2008. - Т. 30, № 12. - С. 1717-1734.

Репецький С. П. Ефекти ангармонізму в фононному спектрі анізотропних кристалів / Репецький С. П., Кокайло В. С. // Укр. фіз. журн. - 2009. - Т. 54, № 4. - С. 377-382.

Репецький С. П. Ефекти ангармонізму в коливальному спектрі кристалів з гексагональною щільноупакованою структурою / Репецький С. П., Кокайло В. С. // Металлофиз. новейшие технол. - 2009. - Т. 31, № 6. - С. 749-760.

Repetsky S. P. The influence of anharmonicity on vibrational spectrum of anisotropic crystals / S. P. Repetsky, V. S. Kokailo, // Optics and High Technology Material Science-SPO 2007: VIII International Young Scientists Conference, 25-28 October 2007 (Kyiv, Ukraine): scientific works. - K., 2007. - P. 97.

S.P. Repetsky. The influence of anharmonicity on diffusive characteristics of anisotropic crystals / S.P.Repetsky, V.S. Kokailo // Сучасні проблеми фізики твердого тіла: міжнар. конф., 2-4 жовтня 2007 р. (Київ, Україна): тези доп. - К., 2007. - С. 72.

Репецкий С.П. Влияние ангармонизма на колебательный спектр кристаллов с гексагональной плотноупакованной решеткой / С.П. Репецкий, В.С. Кокайло // Современные проблемы физики металлов: межд. конф., 7-9 октября 2008 г. (Киев, Украина): сборник тезисов - К., 2008. - С. 184.

Repetsky S.P. The effects of anharmonicity in vibrational spectrum of metals with hexagonal close-packed lattice / S.P. Repetsky, V.S. Kokailo, // Optics and High Technology Material Science-SPO 2008: IX International Young Scientists Conference, 23-26 October 2008 (Kyiv, Ukraine): scientific works. - K., 2008. - P. 38.

Repetsky S.P. Anharmonicity effects in the phonon spectrums of crystal with hexagonal close-packed lattice / S.P. Repetsky, V.S. Kokailo, // Statistical physics: modern trends and applications, 23-25 June 2009 (Lviv, Ukraine): book of abstracts. - L., 2009. - P. 170.

Repetsky S.P. Appearance of anharmonicity and non-central forces of interaction in phonon spectrums of anisotropic crystals / S.P. Repetsky, V.S. Kokailo, // Problems of theoretical and mathematical physics, 21-27 August 2009 (Moscow-Dubna, Russia): book of abstracts. - D., 2009. - P. 221.

Kokailo V.S. Anharmonicity effects and non-central forces of interaction in vibrational spectrum of crystals with hexagonal close-packed lattice / V.S. Kokailo, S.P. Repetsky // Modern problems of theoretical and mathematical physics, 15-18 September 2009 (Kyiv, Ukraine): book of abstracts. - K., 2009. - P. 193.