Nghiên cứu sự nóng chảy của hợp kim xen kẽ nhị nguyên với cấu trúc lập phương tâm khối dưới tác dụng của áp suất

Từ mô hình hợp kim xen kẽ AB với cấu trúc lập phương tâm khối và điều kiện bền vững tuyệt đối trạng thái hợp kim, chúng tôi rút ra biểu thức giải tích của nhiệt độ giới hạn bền vững tuyệt đối trạng thái hợp kim và nhiệt độ nóng chảy cùng với phương trình đường cong nóng chảy của hợp kim này bằng cách áp dụng phương pháp thống kê mômen.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự nóng chảy của hợp kim xen kẽ nhị nguyên với cấu trúc lập phương tâm khối dưới tác dụng của áp suấtHNUE JOURNAL OF SCIENCENatural Sciences 2018, Volume 63, Issue 3, pp. 45-55This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vnDOI: 10.18173/2354-1059.2018-0004NGHIÊN CỨU SỰ NÓNG CHẢY CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊNVỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ÁP SUẤTNguyễn Quang Học và Đinh Quang VinhKhoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà NộiTóm tắt. Từ mô hình hợp kim xen kẽ AB với cấu trúc lập phương tâm khối và điều kiện bềnvững tuyệt đối trạng thái hợp kim, chúng tôi rút ra biểu thức giải tích của nhiệt độ giới hạnbền vững tuyệt đối trạng thái hợp kim và nhiệt độ nóng chảy cùng với phương trình đườngcong nóng chảy của hợp kim này bằng cách áp dụng phương pháp thống kê mômen. Kết quảthu được cho phép xác định nhiệt độ nóng chảy của hợp kim AB ở cả áp suất không và dướitác dụng của áp suất. Trong trường hợp khi nồng độ nguyên tử xen kẽ bằng không, ta thuđược lí thuyết nóng chảy của kim loại chính trong hợp kim xen kẽ. Kết quả lí thuyết được ápdụng tính số cho các hợp kim xen kẽ NiSi, CrSi và WSi.Từ khóa: Hợp kim xen kẽ nhị nguyên, nhiệt độ giới hạn bền vững tuyệt đối trạng thái hợpkim, thông số Gruneisen, phương pháp thống kê mômen, lặp gần đúng.1. Mở đầuHợp kim nói chung và hợp kim xen kẽ (HKXK) nói riêng là những vật liệu phổ biến trongkhoa học và công nghệ vật liệu. Việc nghiên cứu HKXK đã và đang thu hút sự quan tâm củanhiều nhà nghiên cứu.Các nghiên cứu về nhiệt độ nóng chảy của vật liệu ở các áp suất khác nhau đã thu hút đượcsự quan tâm chú ý của nhiều nhà nghiên cứu [1, 2]. Nhiệt độ nóng chảy của tinh thể thường đượcxác định từ phương trình thực nghiệm SimonPm  P0 (Tm  T0 )c  1,a(1.1)trong đó Tmlà nhiệt độ nóng chảy, Pm là áp suất nóng chảy, a và c là những hằng số, P0 và T0 là ápsuất và nhiệt độ điểm ba trên giản đồ pha.Thông thường, khi giá trị P0 là nhỏ có thể bỏ qua thì có thể viết (1.1) dưới dạngPm (Tm  T0 )c  1.a(1.2)Tuy nhiên, (1.2) không thể mô tả sự nóng chảy của tinh thể ở áp suất cao. Kumari và cộngsự [3] đưa ra một phương trình hiện tượng luận có dạng:Ngày nhận bài: 24/12/2017. Ngày sửa bài: 15/3/2018. Ngày nhận đăng: 23/3/2018.Tác giả liên hệ: Nguyễn Quang Học. Địa chỉ e-mail: hocnq@hnue.edu.vn45Nguyễn Quang Học và Đinh Quang VinhTm A  B  Pm  P0  ,T0 ( Pm  P0 )(1.3)trong đó Tm và T0 tương ứng là nhiệt độ nóng chảy ở các áp suất Pm và P0, Tm  Tm  T0 vàA, B là những hằng số. Phương trình (1.3) cho phép xác định NĐNC của tinh thể ở vùng áp suất cao.Về mặt lí thuyết, để xác định nhiệt độ nóng chảy của tinh thể cần phải sử dụng điều kiện cânbằng của hai pha rắn và lỏng. Tuy nhiên, theo cách này không tìm được biểu thức tường minh củanhiệt độ nóng chảy. Một số nhà nghiên cứu cho rằng nhiệt độ Ts tương ứng với giới hạn bền vữngtuyệt đối của trạng thái tinh thể ở một áp suất nhất định không xa nhiệt độ nóng chảyở áp suất đó.Vì thế, các tác giả của [4] đã đồng nhất đường cong nóng chảy với đường cong giới hạn bền vữngtuyệt đối của trạng thái tinh thể. Với ý tưởng đó, phương pháp trường phonon tự hợp và phươngpháp hàm phân bố một hạt được các nhà nghiên cứu sử dụng để nghiên cứu nhiệt độ nóng chảy.Tuy nhiên, các kết quả thu được còn chưa phù hợp với thực nghiệm. Từ đó một số nhà khoa họcrút ra kết luận rằng không thể tìm NĐNC bằng cách dùng giới hạn bền vững chỉ đối với một pharắn. Một số nhà nghiên cứu khác sử dụng hiệu ứng tương quan để tính nhiệt độ giới hạn bền vữngtuyệt đối của trạng thái tinh thể. Kết quả thu được từ hiệu chỉnh này tuy có tốt hơn nhưng cũng chỉgiới hạn trong vùng áp suất thấp.Bằng cách sử dụng phương pháp thống kê mômen (PPTKMM), Nguyễn Tăng và Vũ VănHùng [4, 5] đã chỉ rằng hoàn toàn có thể chỉ dùng một pha rắn của tinh thể để xác định nhiệt độnóng chảy. Trước hết, các tác giả này xác định nhiệt độ bền vững tuyệt đối Ts tương ứng với cácáp suất khác nhau bằng PPTKMM. Sau đó, do nhiệt độ nóng chảyTm không khác nhiều với Ts nêncó thể thực hiện một phép hiệu chỉnh để từ Ts suy ra Tm. Kết quả thu được bằng PPTKMM phù hợpvới thực nghiệm tốt hơn so với các phương pháp khác.2. Nội dung nghiên cứu2.1. Kết quả giải tíchTrong mô hình HKXK AB với cấu trúc lập phương tâm khối (LPTK), các nguyên tử A cókích thước lớn nằm ở các đỉnh (nút mạng) và tâm khối, còn nguyên tử xen kẽ B có kích thước nhỏhơn nằm ở các tâm mặt. Trong [6, 7], chúng tôi đã rút ra biểu thức giải tích của khoảng lân cậngần nhất, năng lượng liên kết và các thông số hợp kim đối với các nguyên tử B, A, A1 (nguyên tửA ở tâm khối), A2 (nguyên tử A ở đỉnh).Phương trình trạng thái của HKXK AB với cấu trúc LPTK ở nhiệt độ T và áp suất P đượcviết dưới dạng 1 u01 k Pv  r1   xcthx.2k r1  6 r1(2.1)Ở 0K và áp suất P, phương trình này có dạng u k Pv  r1  0  0.4k r1  r1(2.2)Nếu biết dạng của thế tương tác i 0 thì ( ...