WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

Результаты для ионных кристаллов. Для всех измеренных отражений ионных кристаллов обнаружены существенные изменения (уширение и сужение) дифракционных пиков в процессах механической обработки и отжига. Причем для отражений (200), (111) и (220) начала дифракционного спектра зависимость ширины линий от продолжительности механической обработки имеет один максимум. А для отражений (222), (400), (420), (440) и др. эта зависимость имеет два максимума. Иллюстрацией полученных результатов служат приведенные на рис.3а зависимости ширины линий (200) и (400) для хлорида натрия от продолжительности механической активации. На рисунке отчетливо видна функция с двумя максимумами для образцов 1 и 3 для отражения (400) и с одним максимумом для отражения (200). Подобные нелинейные зависимости были обнаружены и для всех отражений кристаллов NaCl и KCl.

С целью прояснения связи между термическими и структурными характеристиками для образцов NaCl и KCl, для которых наблюдались максимальные значения ширины линий, был проведен отжиг при разных температурах. Приведенные на рис.3б зависимости ширины линий (200) и (400) образца 3 NaCl от величины температуры отжига указывают на их B, град B, град 0,35 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,0 200 400 600 Продолжительность обработки, с Температура, 0С Рис. 3а. Зависимости ширины линий отра- Рис. 3.б Зависимость ширины линий отжений NaCl от продолжительности механи- ражений для NaCl от температуры отжига: - (200), - (400) ческой обработки:h - (200), – (400) различие. Для отражения (400) резкое уменьшение ширины линии в интервале температур Т = 150 – 200 оС указывает на отжиг точечных дефектов, а минимум при Т = 500оС – на устранение несовершенств дислокационного характера. Такие же зависимости, как и для отражения (200) NaCl, наблюдались для отражений (111) и (220), а также для соответствующих отражений KCl. При проведении расчетов и в качестве эталонных образцов для обоих кристаллов были выбраны образцы, отоженные при температуре 500С и имеющие минимальные значения ширины линий. Расчеты величин и , а также их зависимостей от продолжительности механической обработки и температуры отжига в значительной мере проясняют происхождение физического уширения линий NaCl в табл. 4.

Таблица 4. Зависимость величин блоков и микродеформаций в NaCl от продолжительности механической обработки и температуры отжига Формула (14),n=1 Формула (14),n=Номер образца Уширение Уширение D,нм,% D,нм,% Отражения (111) и (222) 0 блочное 83 (14) блочное 70(14) 1 блочное 59(12) блочное 51(10) 2 блочное 72(13) блочное 61(11) блочно3 блочно-деформ. 119(46) 0,13(4) 94(36) 0,14(4) деформ.

4 деформ. 0,12(3) деформ. 0,14(3) блочно5 блочно-деформ. 154(42) 0,07(3) 122(33) 0,08(3) деформ.

3, отжиг Т=150С блочное 125(26) блочное 103(21) 3, отжиг Т=200С блочное 94(12) блочное 79(10) 3, отжиг Т=400С блочное 117(22 блочное 97(17) 3, отжиг Т=600С блочно-деформ. 125(32) 0,07(2) блочно- 111(25) 0,07(2) деформ.

3, через 1 год блочное 151(26) 0,07(2) блочное 123(20) Отражения (200) и (400) 0 блочное 88(15) блочное 75(13) 1 блочное 64(19) блочное 54(15) 2 деформ. 0,08(2) деформ. 0,09(3) 3 деформ. 0,11(3) деформ. 0,13(4) 4 блочное 148(51) блочное 117(37) 5 блочное 122(38) блочное 98(29) блочно3, отжиг Т=150С блочно-деформ. 193(42) 0,05(2) 148(41) 0,06 (3) деформ.

3, отжиг Т=200С блочное 189(50) блочное 146(38) 3, отжиг Т=400С деформ. 0,06(2) деформ. 0,07(2) 3, отжиг Т=600С блочно-деформ. 166(35) 0,06(2) блочно- 128(27) 0,06(2) деформ 3, через 1 год блочное 348(130) блочное 268(110) Из данных, приведенных на рис. 3 и в табл. 4, видно, что в NaCl значения величин и заметно меняются в процессах механической обработки, отжига и длительной выдержки при комнатной температуре.

Сравнивая величины и для разных отражающих плоскостей из табл.

4, можно отметить, что в деталях поведение их в процессе механической обработки и отжига может отличаться. Вместе с тем для этих плоскостей отражения наблюдаются и общие тенденции. Во-первых, для исходного образца и для образца 1 расчеты значений для обоих типов отражающих плоскостей дают близкие значения, отличающиеся лишь в пределах ошибки измерения. Максимальные и практически совпадающие значения для обоих типов отражающих плоскостей получены в случае образца 3, для которого наблюдается максимум на рис.3а. Минимальные и практически совпадающие значения наблюдаются для образца №1, у которого также имеет место максимум (рис.3а). Для обоих типов отражающих плоскостей наблюдается сходная зависимость ширин линий от температуры отжига, а выдержка в течение 1-го года приводит к снятию напряжений.

Сравнение данных для кристаллов NaCl и KCl показало, что их поведение в процессах механической обработки и термического отжига подобно. В обоих случаях на начальных стадиях механической обработки наблюдается измельчение материала, а уширение линий на этой стадии «блочное». Микродеформации появляются по завершении этапа измельчения, в результате механической обработки они достигают своего максимального значения ( 0,12-0,14%). Обработка образцов с 0,12 – 0,14% приводит либо к снижению величины, либо к полному устранению микродеформаций. В обоих случаях устранить микродеформации можно путем отжига образцов при определенных температурах или выдерживая образцы при комнатной температуре в течение 1 года.

Результаты для кремния. При проведении исследований использован поликристаллический кремний фирмы ASiMI (Advanced Silicon Materials Inc., USA). Для всех измеренных отражений обнаружено существенное уширение дифракционных пиков в процессе механической обработки, причем для всех механически обработанных образцов ширина линий превышала таковые для необработанного образца. Изменение ширины линий по мере увеличения продолжительности механической обработки, так же как и для ионных кристаллов, не подчиняется линейной зависимости. Для выделения вклада инструментального уширения в экспериментально измеренную ширину линии в качестве эталонного образца был выбран образец кремния ручного помола (отожжен в вакууме при 600 оС в течение 50 часов), обладающий минимальными значениями ширины линий. Зачастую измерение двух одноименных линий разных порядков отражения экспериментально трудно выполнимо: на рентгенограммах кубических кристаллов наблюдается два порядка отражения только от некоторых плоскостей, так как в линиях высших порядков, как правило, происходит наложение интерференций с различными индексами. В связи с этим, весьма привлекательна возможность использования рентгеновских линий из различных отражающих плоскостей. Согласно Ивероновой В.И. [6], задача решается графически, если сделать два предположения: 1) средний размер блоков не зависит от индексов (hkl) рассматриваемых направлений и 2) для напряжения выполняется соотношение = h k l · Eh k l = const. Предположения о равноосности блоков и выполнение последнего соотношения для различных направлений в деформированных кристаллах достаточно естественны, особенно для кристаллов с такой высокой симметрией, как кремний. Использование в расчетах и рентгеновских линий с различными индексами существенно расширяет возможности метода, так как позволяет вовлечь в анализ дополнительные экспериментальные данные, получение которых достаточно легко осуществить и, таким образом, уменьшить экспериментальные погрешности. Для использования указанных преимуществ подхода получен аналог уравнения (14) относительно искомых величин и для разных отражающих плоскостей ((h k l) и (h` k` l` )) с учетом различий значений модуля Юнга в различных направлениях:

(2h` k` l`) = /( сos(h` k` l`))+4( h k l · Eh k l /Eh `k` l` ) tg( h` k` l`). (15) Если измерено N отражений, то соотношение (15) позволяет записать N уравнений относительно неизвестных величин hkl и . Расчеты были проведены для исходного и механически обработанных образцов относительно эталонного, с обоими видами функций для всех измеренных отражений: (111), (220), (311), (331), (400), (422), (511). Для оценки влияния анизотропии модуля Юнга на уширение рентгеновских линий были проведены также расчеты в изотропном приближении – предположении равенства микродеформаций в различных направлениях; в этом случае в уравнении (15) Eh k l /Eh `k` l` = 1. Проведены также расчеты для пары отражений ((220), (422)), имеющих одно и то же значение модуля Юнга. Так же как и для NaCl, расчеты, проведенные для Si с применением разного вида функций и разных расчетных схем, дали близкие результаты, отличия между которыми лежали в пределах ошибки D, nm измерения. Во всех случаях основной причиной, вызывающей уширение линий на разных этапах механической обработки образцов, является блочное уширение и лишь для образцов 3 и 5 зафиксирован вклад микродеформаций со значениями 0,030,05%. Исключением было решение (16) с Eh k l /Eh `k` l` = 1, в этом случае для образцов 3 и 5 получено = 0.

0 1 2 3 4 5 Сравнение результатов для исходного Кратность обработки и механически обработанных образРис. 4. Зависимость размера блока D цов показало, что ударные воздейст- от кратности обработки, расчет с разными видами функций: - формула вия приводят, в основном, к измене(13) n=1; - формула (13) n=нию среднего размера блоков .

Максимальное уменьшение размеров блоков (в 2,2 раза) происходит в результате первой обработки (рис.4); на этом же этапе обработки происходит также интенсивное измельчение вещества – средний размер частиц уменьшается в 200 раз. Наблюдается четкий максимум для значений размера блоков для образца 5. Расчеты показали, что отжиг образцов 3 и о 5 при 200 С привел к устранению микродеформаций и росту размеров блоков, а дальнейший отжиг при 400 оС вновь привел к появлению микродеформаций. Длительное хранение этих образцов при комнатной температуре (в течение года) привело к удалению микродеформаций, а размер блоков остался практически неизменным.

Результаты для пероксидов щелочноземельных металлов. Для пероксидов BaO2 и CaO2 на определенном этапе механической обработки обнаружен скачок в значениях параметров элементарной ячейки. В случае образца 4 BaO2 обнаружено резкое уменьшение обоих параметров решетки – со значений a = 3,806(4), c = 6,843(5) до величин a = 3,782(4), c = 6,797(5) (цифры в скобках – погрешности измерения). Полученное «сжатое» состояние было стабильно при комнатной температуре. Дальнейшая механическая обработка привела к возврату параметров решетки к прежним значениям. Для всех образцов отношение с/а = 1,80 оставалось неизменным. Аналогичная зависимость параметров элементарной ячейки от продолжительности механической обработки была обнаружена и для CaO2. Причем, также как и для BaO2, а именно для образца 4 пероксида кальция, обнаружено резкое уменьшение параметров решетки со значений a = 3,545(2), c = 5,895(4) до значений a = 3,462(2), c = 5,777(4); отношение с/а для всех образцов CaO2 оставалось неизменным и равнялось 1,67. Расчеты показали, что объем элементарной ячейки образца 4 CaO2 на 4,5% меньше объема элементарной ячейки исходного CaO2, а для BaO2 соответствующая разница составила 2,8%. Зависимость объема элементарной ячейки от продолжительности механической обработки для обоих кристаллов приведена на рис. 5а. В результате анализа обнаружено (рис. 5б), что формирование модифицированного состояния со «сжатой» кристаллической решеткой BaO2 (образец 4) сопровождается увеличением интегральной ширины трех ((004), (103), (114)) линий (рис.5б). Причем, для всех трех отражений изменения интегральной ширины превышают погрешности их измерения в 3 – 4 раза.

Для прояснения природы скачкообразного изменения величины объема элементарной ячейки был проведен отжиг 4-го образца BaO2, CaOпри различных температурах (рис. 5а). В результате обнаружено скачкообразное изменение (увеличение) параметров решетки этих образцов при температуре Т > 150 оС и возврат их к прежним значениям. Резкое изменение параметров элементарной ячейки отожженных образцов сопровождалось скачкообразным уменьшением интегральной ширины линий (004), (103), (114), уширенных в процессе обработки (рис. 5б). В то же время отражения, интегральная ширина которых не изменялась в процессе механической обработки, не претерпевали изменений и в результате отжига.

V, % 0,4B 0,0,0,0,0,0,0,0 0,02 0,04 0,0 0,02 0,04 0,06 0,Продолжительность обработки, с Рис. 5а. Зависимость объемов элементар- Рис. 5б. Зависимость ширины линий BaO2 от ных ячеек пероксида бария () и кальция продолжительности обработки: - (004); () от продолжительности обработки (103); - (114) е,% е, % 0,0,а б 0,0,0,0,0,0,0,0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,Продолжительность обработки, с Рис. 6. Зависимость микродеформаций CaO2 (а) и BaO2 (б) от продолжительности механической обработки; - расчеты проведены с применением в формуле (13) n=1, - расчеты проведены с применением в формуле (13) n=2.

Ширина линий, град.

Таким образом, рентгеновские данные указывают на существенные структурные изменения в ходе интенсивной механической обработки для обоих пероксидов. При этом анализ экспериментальных данных показывает на сходное поведение структурных характеристик BaO2 и CaO2 в процессе обработки. Для обоих пероксидов в процессе механической обработки обнаружено появление существенных микродеформаций, которые на определенном этапе приводят к скачку в значениях параметров элементарной ячейки. Размеры блоков мозаики в процессе обработки BaO2 и CaOне изменяются. Энергия механического удара в этом случае расходуется, в основном, на генерацию точечных дефектов. В результате, сразу же после первой обработки, в обоих веществах появляются микродеформации (рис.

6), существенный их уровень поддерживается на протяжении всего процесса механической обработки. Достижение максимальных значений микродеформаций сопровождается скачком в значениях периодов элементарных ячеек и ширины линий отдельных отражений для обоих материалов (рис. 5а и 5.б). В результате вычислений по формуле (2) = 4tg() для BaO2 получены максимальные значения микродеформаций: для отражения (103) = 0,17(3) – 0,21(4)%, для отражения (114) = 0,14(3) – 0,18(4)%, а для отражения (004) = 0,15(3) – 0,19(4)%. Соответствующие расчеты для CaO2 и отражения (103) дали значения = 0,25(4) – 0,34(5)%.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»