Lý thuyết vacancy trong hợp kim xen kẽ a b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG LÝ THUYẾT VACANCY TRONG HỢP KIM XEN KẼ A-B Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM THỊ MINH HẠNH HÀ NỘI – 2013 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ngày nay, nhu cầu vật liệu có tính đặc biệt như: siêu dẫn, siêu mỏng, siêu bền… ngày cao đa dạng.Vì ngành cơng nghệ vật liệu phát triển mạnh mẽ Mặt khác, hầu hết loại vật liệu trình khuếch tán xảy mạnh hay yếu chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ cân vacancy hệ Do việc nghiên cứu lý thuyết vacancy vấn đề có tính thời Hơn lý thuyết vacancy nghiên cứu từ lâu chưa hoàn thiện mặt lý thuyết nên việc nghiên cứu trở nên có ý nghĩa cấp thiết Hiểu biết đắn sâu sắc lý thuyết vacancy tảng cho việc nghiên cứu trình khuếch tán loại vật liệu Vì có nhiều lý thuyết gần khác để xác định nồng độ vacancy hợp kim như: lý thuyết cấu hình vacancy hợp kim xen kẽ với nồng độ nguyên tử xen kẽ nhỏ hay với mạng lập phương tâm diện, lập phương tâm khối; lý thuyết vacancy hợp kim xen kẽ với nguyên tử phi kim loại chiếm giữ nút mạng nút tinh thể Mỗi phương pháp nêu có ưu điểm định song cịn có hạn chế kết nhận mang tính chất định tính, áp dụng vào hệ cụ thể phải sử dụng số liệu áp đặt tăng nồng độ vacancy nồng độ nguyên tử xen kẽ tăng tới giá trị đủ lớn Phương pháp thống kê momen GS Nguyễn Tăng đề xuất luận án tiến sĩ: “Phương pháp đạo hàm theo thông số học thống kê” (MTY 1982) GS Vũ Văn Hùng áp dụng luận án tiến sĩ: “Phương pháp momen việc nghiên cứu tính chất nhiệt động tinh thể lập phương diện tâm lập phương tâm khối” phát triển nhiều năm trở lại Trên sở phương pháp thống kê momen nhiều tác giả khác phát triển vào nghiên cứu nồng độ cân vacancy kim loại, hợp kim thay cho kết tốt Chính lí nên chọn đề tài “Lý thuyết vacancy hợp kim xen kẽ A-B” để làm đề tài khóa luận tốt nghiệp với mục tiêu tiếp tục áp dụng kết thu phương pháp thống kê momen vào nghiên cứu nồng độ vacancy hợp kim xen kẽ cấu trúc lập phương tâm diện Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết vacancy hợp kim xen kẽ A-B xác định nồng độ cân vacancy hợp kim xen kẽ A-B Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt mục đích nghiên cứu đề cần thực nhiệm vụ sau: - Tìm hiểu lý thuyết gần khác để xác định nồng độ vacancy hợp kim xen kẽ A-B - Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp thống kê momen - Áp dụng kết thu phương pháp thống kê momen vào nghiên cứu nồng độ vacancy hợp kim xen kẽ A-B Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nồng độ vacancy hợp kim xen kẽ A-B Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê - Phương pháp thống kê momen CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ NGHIÊN CỨU VACANCY TRONG HỢP KIM XEN KẼ 1.1 Mở đầu Vacancy kim loại hợp kim người ta giả thiết tồn trình khuếch tán Khái niệm phát triển hình thành nên lý thuyết vacancy, xác định cân nồng độ vacancy NV kim loại hợp kim khơng có trật tự Lý thuyết vacancy áp dụng hợp kim xen kẽ xác định phụ thuộc nồng độ vacancy NV nút mạng tinh thể vào nồng độ CC nguyên tử xen kẽ với mạng lập phương tâm diện (LPTD) mạng lập phương tâm khối (LPTK) Lý thuyết vacancy xác lập khả tăng nhanh nồng độ vacancy NV nồng độ CC nguyên tử xen kẽ tăng (trường hợp CC đủ lớn) Với lý thuyết vacancy, người ta tính tốn khả xuất vacancy có xen kẽ nguyên tử nút mạng, chí chúng cịn phân bố nút mạng Phần lớn trường hợp xem xét hợp kim từ Lý thuyết vacancy điều kiện xác định (được dừng lại độ tuyệt đối) hoàn toàn xác định xuất vacancy mạng hợp kim, thấy phụ thuộc liên tục mật độ vacancy NV vào tham số nhiệt độ T Lý thuyết vacancy dẫn đến hiệu ứng thú vị khả tăng mạnh nồng độ vacancy nút mạng với tăng nồng độ nguyên tử xen kẽ CC, đó, đến gần trạng thái mà toàn điểm nút mạng có nguyên tử xen kẽ Hiệu ứng giải thích theo quan sát tính phụ thuộc dị thường tham số mạng a vào nồng độ nguyên tử xen kẽ CC với số kiểu vacancy Lý thuyết vacancy khả nồng độ vacancy NV lớn mạng tinh thể xuất trạng thái không bền vững xảy di pha đến cấu trúc khác nhau, có nghĩa hiệu ứng cho thấy có ngun nhân tính đa hình tập trung hợp kim khuyết tật Các lý thuyết gần trình bày xem xét nhiều chưa đạt độ xác cao mà chủ yếu làm rõ phụ thuộc vào nhiệt độ nồng độ nguyên tử xen kẽ nồng độ vacancy NV Sẽ không xem xét lý thuyết vacancy nồng độ vacancy NV không cân 1.2 Lý thuyết cấu hình vacancy hợp kim xen kẽ với nồng độ nguyên tử xen kẽ nhỏ Lý thuyết cấu hình vacancy hợp kim xen kẽ với nồng độ nguyên tử xen kẽ nhỏ tác giả trình bày: Cho NC nguyên tử C xen kẽ vào khối tám mặt, O điểm nút mạng lập phương tâm diện (tức nằm tâm mặt lập phương điểm cạnh nó), có NA nguyên tử A n lỗ trống vị trí nút Các vacancy chứa số lượng khác nguyên tử C bao quanh Sự khác tập trung nguyên tử C bao quanh vacancy biểu thị qua l số nguyên tử C lân cận vacancy qua nl số lượng lỗ trống lân cận l nguyên tử C (0  l  6) Trong gần bậc (nghĩa tính đến tương tác nguyên tử lân cận), lượng tinh thể nồng độ nguyên tử xen kẽ: CC có dạng: 6 l 0 l 0 E  E (0) (CC )  U A  nl  v ' AC  l.nl (1.1) đó: E (0) (CC ) : Năng lượng hợp kim n = 0; CC  N C / N A : Mật độ nguyên tử xen kẽ; U A : Năng lượng hình thành lỗ trống kim loại A (UA > 0); v ' AC : Năng lượng tương tác nguyên tử A C khoảng cách a/2 Từ (1.1): coi đứt đoạn khử nguyên tử A nút liên kết A-C (thực tế khơng khử được) nằm bề mặt mật độ CC đủ nhỏ (CC