гетерофазная структура

ГЕТЕРОФАЗНАЯ СТРУКТУРА твёрдых тел - пространственное распределение кристаллич. фаз, составляющих многофазное кристаллич. твёрдое тело. Размеры, форма и взаимное расположение фаз, распределение и строение межфазных границ, наряду с внутрифазными дефектами, определяют мн. физ. свойства реальных твердотельных материалов. Физ. свойства гетерофазного тела не являются аддитивной суммой свойств его фаз из-за межфазных границ и внутр. напряжений, возникающих при контакте разл. фаз. В результате фазовых превращений в исходной фазе возникают отд. области или кристаллы новых, термодинамически более устойчивых фаз, к-рые растут, взаимодействуют, образуя Г. с. Воздействуя на ход структурного фазового превращения, можно в одном и том же материале получать разнообразные Г. с. Большинство способов термич. и механич. обработки материалов с целью придания им определ. физ. свойств основано на возможности управлять процессами формирования Г. с. Получают Г. с. спеканием, диффузионной сваркой разл. твёрдых фаз, осаждением из жидкости или пара на подложку др. фазы.

На границе фаз атомы (молекулы), стремясь занять энергетически наиб. выгодные положения, смещаются из узлов кристаллич. решёток. Следствием этого является возникновение полей упругих напряжений. Микронапряжения сосредоточены в пограничном слое и определяют строение межфазных границ. Макронапряжения простираются в глубь фаз на расстояния порядка протяжённости границы и изменяют свойства и энергию фаз. В результате образуется регулярная упорядоченная Г. с., аналогичная многодоменным структурам ферромагнетиков и сегнетоэлектриков (см. Домены ).Такие Г. с. отвечают минимумам свободной энергии гетерофазного тела, слагающейся из свободных энергий неискажённых фаз, поверхностной энергии межфазных границ и упругой энергии напряжений. Поверхностная энергия определяет в основном размеры фаз. Их форма и взаимное расположение обусловлены стремлением к минимуму упругой энергии. Равновесные Г. с. описываются ур-нием, отражающим равенство локальных термодинамич. потенциалов контактирующих фаз (в каждой точке межфазной границы):

Здесь - разность плотностей свободных энергий напряжённых фаз по обе стороны границы; [S] - разность упругих податливостей; - напряжения; - скачок собственных деформаций, характеризующий изменение кристаллич. решёток при превращении; Г - уд. поверхностная энергия; R - радиус кривизны границы. Анализ (1) позволяет определить последовательный ряд метастабильных Г. с., образующихся при фазовом превращении одной фазы в другую, более стабильную. Типичным элементом метастабильной Г. с. является полидоменная пластина (см. Домены упругие).

Для образования регулярных Г. с. необходимо, чтобы в процессе фазового превращения сохранялась связность кристаллич. тела, т. е. чтобы не происходили локальные пластич. деформация и разрушение. Эти процессы неизбежны и в той или иной мере нарушают регулярность Г. с. Однако во мн. случаях Г. с. формируется так, что возникающие напряжения минимальны. Эти остаточные напряжения снимаются пластич. деформацией, к-рая т. о. закрепляет Г. с.

Кроме упругих напряжений в Г. с. могут присутствовать др. дальнодействующие поля - магн. или электрич. При этом ур-ние (1) имеет более общий вид:

где - плотности свободных энергий, зависящие от градиентов нек-рых величин и_i, непрерывных во всей Г. с. В случае упругих полей и_i - компоненты смещения, для электрич. полей и - потенциал. Ур-ние (2) определяет равновесную доменную структуру магнетиков и сегнетоэлектриков.

Лит.: Ройтбурд А. Л., Теория формирования гетерофазной структуры при фазовых превращениях в твердом состоянии, "УФН", 1974, т. 113, с. 69; его же, Равновесие фаз в твердом теле, "ФТТ", 1986, т. 28, с. 3051; Уманский Я. С., Скаков Ю. А., Физика металлов, M., 1978.

А. Л. Ройтбурд.

   <<      Предметный указатель      >>