Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
витии микроструктур начинают играть диффузионные процессы.
Превалирующую роль в объемной диффузии играет вакансионный механизм, схематично представленный на рис. 14. Как говорилось выше, образование и миграция вакансий описываются уравнением Аррениуса. При приближении к температуре плавления тепловые колебания решетки становятся достаточно большими для преодоления активационного барьера, и в металле все больше образуется вакансий, подвижность которых возрастает. В результате вблизи температуры плавления скорость диффузии в твердых телах начинает быстро расти. Тогда есть основание предположить, что подвижность атомов должна зависеть не от абсолютной температуры, а от гомологической (TlTujl), т. е. от того, насколько температура близка к температуре плавления материала.
Шерби и Симнад (1961) продемонстрировали влияние гомологической температуры на скорость диффузии в твердых телах (рис. 15). Они установили,
Number 26 2000 Los Alamos Science
309
Плутоний и его сплавы
Упаковка атомов и системы скольжения в металлах
Упаковка атомов (заполнение пространства, координационное число и симметрия) определяет большую часть физических и механических свойств металлов. В частности, плоскости и направления скольжения в структуре определяют реакцию на сдвиговые напряжения. Основное внимание в данной статье сконцентрировано на упаковке атомов и системах скольжения в наиболее распространенных кристаллических структурах металлов: гцк, гпу и оцк. Эти три структуры имеют прямое отношение к плутонию: с технической точки зрения наибольшее значение имеют плутоний-галлиевые сплавы с гцк структурой 6-фазы, моноклинный а-плутоний может рассматриваться как слегка деформированная гпу структура, и плутоний и его сплавы плавятся из оцк г-фазы (см. рис. (а)-(в) ниже).
Гцк и гпу (с отношением da, равным 1,633) кристаллические решетки являются плотноупакованными структурами, с наиболее эффективно заполненным пространством. Если предположить, что атомы имеют сферическую форму, то будет заполнено 74% объема и каждый атом будет иметь 12 ближайших соседей (или координационное число 12). Для сравнения заметим, что при простой кубической упаковке, в которой атомы расположены в вершинах куба, заполняется только 52% объема. Ближайшие соседи в плотноупакованных решетках находятся
на очень близком расстоянии в 0,707а0, где а0 - параметр решетки, а следующие 6 ближайших соседей расположены на расстоянии а0. Более высокие координационные числа могут существовать, если атомы имеют различные размеры.
В оцк структуре (в) имеется только 8 ближайших соседей, расположенных на расстоянии 0,866а0, однако существует 6 следующих ближайших соседей на расстоянии а0. Более открытая оцк структура приводит также к существенно различным свойствам. Направленность (или анизотропия) свойств зависит от симметрии кристаллической решетки.
Расположение плотноупакованных плоскостей. Гцк и гпу структуры имеют одинаковые плоскости плотной упаковки (на рисунке затемнены), но, как показано на рисунке, относительное расположение этих плоскостей различается, поскольку они укладываются одна на другую в виде ABCABC в гцк структуре и ABABAB в гпу структуре. Иначе говоря, расположение повторяется в каждом третьем слое в гцк и в каждом втором слое в гпу структурах. Отметим, что плотноупакованные плоскости в гцк структурах расположены перпендикулярно диагонали куба или в направлении [111]. Несмотря на кажущуюся незначительность различий между гпу и гцк
структурами, это различие существенным образом меняет свойства металлов, поскольку в гцк структурах имеется больше одинаковых систем скольжения, чем в гпу.
На рисунке показаны также направления плотной упаковки в каждой плотноупакованной плоскости. Например, диагонали на гранях в гцк структуре являются плотноупакованными. Можно считать, что атомы в этом направлении соприкасаются, поэтому легко представить, что упругая реакция (обратимое растяжение атомных связей) в плотноупакованном направлении будет гораздо более жесткой, чем в других направлениях, где атомы не соприкасаются. Количество направлений плотной упаковки зависит от симметрии кристалла.
Плоскости и направления скольжения.
Пластическая деформация, сопровождающаяся непрерывным изменением формы (при постоянном объеме), вызывается сдвигом.
Из простой модели жестких шаров следует, что легче всего сдвиг или скольжение атомов происходит в плотноупакованных плоскостях и вдоль плотноупакованных направлений, поскольку плотноупакованные плоскости удалены от других и при скольжении вдоль направлений плотной упаковки геометрическое сопротивление сдвигу наименьшее.
(а) гцк
Пространственная решетка
"* I I I і I f I I W I I I
I I .,_V' і і I I f t I I I I I I I I
і і I і I I I I I I I I I Jb
a
і і і і / O--T? і \ і і і Щ ^ 1X 1 / 1 У ж I I I \ I Fyr / і і і і I Jl
¦_ I
Плоскости скольжения {111} Направление скольжения <110>
(б) гпу
Пространственная решетка
скольжения
