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高压、辐照对大块非晶合金原子输运及相关过程的影响

王秀英  
【摘要】:本文利用二次离子质谱、差示扫描量热分析、同步辐射 X-射线衍射等技术研究了多组元 Zr-基大块非晶合金在高压和质子辐照条件下的原子输运、结构弛豫和晶化动力学等问题。 高压原位同步辐射实验研究表明,Zr_(57)Nb_5Cu_(15.4)Ni_(12.6)Al_(10) 大块非晶合金在 0~32.8 GPa 的压力范围内的状态方程可表示为: 0. 012P2.49104 P29.5107P35.02108P4 Zr_(57)Nb_5Cu_(15.4)Ni_(12.6)Al_(10) 大块非晶合金中含有一定量的自由体积,在压致结构弛豫的过程中,自由体积被压缩。压力较低时,体积变化率对压力变化比较敏感;压力较高时,体积变化率随压力的变化较小。利用添加原子 Mo 模拟了该大块非晶合金中 Nb 原子的自扩散过程。在 593~673 K 的温度范围内,Mo 原子在该大块非晶合金中的扩散系数随温度的升高而增大,其扩散激活能 Q 和前置系数 D_0的值分别为 1.95 eV 和 1.13×10~(-5) m~2s~(-1)。 研究了高压对 Zr_(46.75)Ti_(8.25)Cu_(7.5)Ni_(10)Be_(27.5)大块非晶合金结构弛豫和晶化动力学的影响。研究发现,压力促进了该大块非晶合金的结构弛豫过程,随着压力的增大,自由体积减少,同时热焓降低。压力还促进了非晶合金的晶化过程,随着压力的升高,其晶化激活能降低。 研究了高压下 Co 在 Zr_(46.75)Ti_(8.25)Cu_(7.5)Ni_(10)Be_(27.5)大块非晶合金中的扩散行为。603 K 时,Co 原子在该大块非晶合金中扩散系数随压力的增大而增大,计算得扩散激活体积ΔV *=-1.236Ω,为类间隙扩散机制。同时,该大块非晶合金的粘滞系数随压力的增大而减小,从 1 GPa 时的 1.79×10~(10) Pas 降到 4 GPa 时的 1.39×10~7 Pas。 研究了质子辐照对 Zr_(41.5)Ti_(15)Cu_(12.6)Ni_(10.5)Be_(20.4)大块非晶合金结构弛豫和晶化动力学的影响。结果表明,质子辐照促进该大块非晶合金中原子的迁移能力,随着质子辐照剂量的增大,该大块非晶合金中的自由体积减少。经剂量为 1.1×10~(15)和 6.5×10~(15) ions/cm_2 的质子辐照后非晶合金的稳定性增加;而经剂量为 1.65×10~(16) ions/cm~2 质子辐照后其晶化激活能和电阻率都有所降低,说明该大块非晶合金中的化学短程有序程度有所增加。


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