Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
рис. С во вставке “Основы фазовых превращений”). Превращения в эксперименте с изостатическим давлением проходят последовательно причем
|3'- и а'-фазы сосуществуют в значительном интервале давлений. Результаты рентгеноструктурного анализа образца после того, как он был изостатически сжат до 1 ГПа и разгружен до нормального давления, показали, что большая часть 6-фазы превратилась в смесь фаз 90% а' + 10% P'. Морфология продуктов превращения в условиях изостатического сжатия представляет собой реечный полосчатый мартенсит в случае P'-фазы и линзообразный мартенсит в случае а'-фазы. Параметры решетки
а'-фазы увеличились по сравнению с нелегированным а-плутонием. Анализ кристаллографических связей в случае 6->а' превращения осложняется низкой симметрией моноклинной решетки a-фазы и большими изменениями объема. Параметры решетки Р'-фазы не отличались от параметров нелегированного P-плутония. Кристаллографические связи между 6 и P' и между P' и а' не определялись.
Ломер (1963), рассматривая моноклинную структуру а-фазы как искаженную гексагональную структуру (рис. 25), высказал предположение о существовании особых кристаллографических соотношений для б^а' пре-
вращения. Шаудри и Крокер (1985) опубликовали предварительные теоретические результаты, а позднее Адлер и др. (1986) и Адлер и др. (1992) выполнили модельные расчеты кристаллической структуры и результирующих деформаций решетки и показали, что они соответствуют мартенситному превращению. Адлер с сотрудниками исследовали соответствие решеток по трем возможным направлениям и системы сдвига по 53 возможным направлениям решетки, чтобы определить наиболее вероятные кристаллографические параметры для сложной моноклинной решетки.
Экспериментально подтвердить эти результаты было трудно, так как сред-
Number 26 2000 Los Alamos Science
331
Плутоний и его сплавы
Рис. 24. Трансмиссионная электронная микрофотография а'-мартенсита в 6-фазном Pu-Ga сплаве
Одна из немногих ПЭМ микрофотографий пластин а'-фазы в сплаве Pu + 1 мае. % Ga, испытавшем превращение (Zocco et al. 1990). Отметим, что двойники в пластине а'-фазы аналогичны схематически показанным на рис. Г на с. 328. Микрофотография сделана в направлении [110] (/.-фазы. Ориентационные соотношения для двойника и матрицы: плоскость (001)матрица параллельна (201)двойник и (22і>)матрица параллельна (225)двойник
ства, обычно используемые для изучения кристаллографии превращений, а именно, просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) и дифракция электронов, оказались неприемлемыми для плутония. Как описывает Зокко в статье “Просвечивающая электронная микроскопия сплавов плутония” на с. 288, из плутония очень трудно изготовить достаточно тонкие и чистые образцы, пригодные для такого исследования (радиоактивность плутония еще больше осложняется его высокой химической активностью, что затрудняет подготовку чистых поверхностей). Однако Зокко и др. (1990) впервые успешно исследовали и интерпретировали микроструктуру плутония после превращения (рис. 24) с помощью ПЭМ.
Прямое исследование продуктов превращения методом ПЭМ выявило ориентационное соответствие решеток в близких к параллельным плотноупакованных плоскостях и направлениях в а'-фазе и исходной 6-фазе - плоскостях (111)5 и (O^O)a и направлениях [110]^ и [IOOJoc. Было определено, что габитусная плоскость а'-фазы должна быть близка к (132)а, и установле-
но, что модой решеточно-инвариантной деформации в a-фазе должно быть двойникование в плоскости (205)а. Эти экспериментальные результаты согласуются с теоретическими предсказаниями Адлера и др. (1986) и подтверждают, что б^а' превращения в Pu-Al и Pu-Ga сплавах в этих условиях являются бездиффузионными и мартенсит-ными несмотря на необычно большое изменение объема. К сожалению, электронная микроскопия не стала привычным экспериментальным инструментом для исследования плутония. Результаты, представленные на рис. 24, остаются практически единственными примерами исследования превращений с использованием данной методики (ПЭМ) в плутониевых сплавах. Поэтому сегодня у нас не очень ясное представление о влиянии температуры и давления на превращения в плутонии.
Хотя мартенситный характер б^а' превращения теперь хорошо установлен, нам необходимо объяснить кинетику превращения. Как показывает рис. А на с. 325, начало и продолжительность мартенситных превращений обычно определяются температурой и
не зависят от скорости охлаждения. На рис. 23 показано превращение в процессе охлаждения с постоянной скоростью. Однако Орм и др. (1975) установили, что б^а' превращение в Pu-Ga сплавах описывается С-кривой, аналогичной кривой на рис. А на с. 325 для диффу-зионных превращений. Действительно, они построили сдвоенные С-кривые, показанные на рис. 26. Время и температура начала превращения сильно зависят от концентрации галлия. Хеккер и др. (1982) установили аналогичную временную зависимость для Pu-Al сплавов. Они пришли к заключению, что превращение проходит по механизму “изотермического” мартенситного превращения. Как поясняется во вставке на с. 324, такие превращения проходят в две стадии - термически активированное образование зародышей (отсюда -температурная зависимость) и последующий быстрый рост мартенсита.
