рентгенография материалов

РЕНТГЕНОГРАФИЯ МАТЕРИАЛОВ - область исследований, занимающаяся решением разнообразных задач материаловедения на основе рентг. дифракц. методов (см. Дифракция рентгеновских лучей, Рентгеновский структурный анализ). Р. м. исследует как равновесные, так и неравновесные состояния материалов, изучает их кристаллич. структуру, фазовый состав и его изменения, строит фазовые диаграммы, анализирует состояние деформированных (или подвергнутых к--л. др. воздействиям) материалов, процессы упорядочения и явления ближнего порядка. Р. м. осуществляется с помощью получаемых в рентг. камерах рентгенограмм моно- или поликристаллич. образцов или регистрацией распределения рассеянного рентг. излучения в рентгеновских дифрактометрах. Среди методов Р. м. основными являются следующие.

Определение числа, размеров и разориентировки кристаллитов. Размеры кристаллитов поликристаллич. материалов существенно влияют на их механич. свойства. Число N достаточно крупных (~0,5 - 5 мкм) кристаллитов, участвующих в отражении рентг. лучей, определяется числом п точечных рефлексов, составляющих дебаевское кольцо рентгенограммы (см. Дебая - Шеррера метод): , где а - постоянная величина (параметр аппаратуры), - брэгговский угол. Ср. объём кристаллита - отношение объёма образца к N.

Углы разориентировки и размеры блоков мозаичной структуры. Блоки мозаичной структуры - области с правильным строением, повёрнутые одна относительно другой (разориентированные) на очень малые углы. Углы разориентировки и размеры блоков определяют прочность мозаичных материалов и связаны с плотностью дислокаций. О ср. размерах D блоков мозаики ~0,05-0,1 мкм судят по размытию (уширению) дебаевских колец:

где Р - полуширина размытой линии. Ср. угол б разориентировки блоков определяют по эффектам двойного рассеяния рентг. излучения в малоугловой области (при ), когда первично отражённый луч отражается ещё раз от подходящим образом ориентированного блока в направлении исходного пучка. В окрестности первичного луча появляется дополнит. диффузное рассеяние, интенсивность к-рого определяет:

где А и В - пост. величины.

Определение остаточных напряжений. Рентгеногра-фич. определение механич. напряжений в простейшем случае сводится к измерению смещения дебаевской линии. При нормальных напряжениях смещение связано с выражением , где Е - модуль Юнга, - коэф. Пуассона (см. Модули, упругости). Микронапряжения, как и измельчение блоков мозаики, приводят к уширению дебаевских линий. Если уширение обусловлено только микронапряжениями, то их ср. величина (для кристаллов кубич. сингонии)

Фазовый анализ. Р. м. позволяет производить качеств. и количеств. фазовый анализ гетерогенных смесей. Каждая фаза данного вещества даёт на рентгенограмме характерное отражение, что позволяет осуществлять качеств. фазовый анализ. В количеств. фазовом анализе по отношению интенсивностей отражений определяемой фазы и эталона, находящихся в смеси, судят о концентрации фазы.

Р. м. применяют для исследования изменений в пресыщенном твёрдом растворе, обусловленных его распадом (старением) и, следовательно, возникновением новых фаз и (или) исчезновением старых. Распад твёрдых растворов сопровождается изменением их физ. и механич. свойств. Температурно-временная зависимость концентрации фаз даёт возможность изучать кинетику процессов и выбирать режимы термообработок, установить энергию активации процесса и т. п.

Определение типа твёрдого раствора и границы растворимости. Для установления типа твёрдого раствора определяют кол-во n атомов в элементарной ячейке раствора, используя рентгенографич. данные о её объёме Q и значении плотности раствора = , где А - ср. взвешенная ат. масса. Сопоставляя п с числом атомов в элементарной ячейке растворителя N, выясняют тип раствора (при п = N - раствор замещения, при п > N - раствор внедрения, при га < N - раствор вычитания).

Для установления границы растворимости в твёрдом состоянии анализируют изменения периодов кристаллич. решётки при повышении концентрации раствора. Концентрация, при к-рой период решётки (для двухкомпонентных растворов) перестаёт меняться с дальнейшим изменением состава, означает предельную растворимость для данной темп-ры. По найденным значениям предельной растворимости для разд. темп-р строят границу растворимости.

Исследование ближнего и дальнего порядков. В твёрдых растворах атомы компонентов распределены, как правило, не хаотично, а с нек-рой корреляцией (см. Дальний и ближний порядок ).Когда корреляция существует только в ближайших координац. сферах, возникает либо ближнее упорядочение (напр., в сплавах Fe - Si и Fe - А1), либо ближнее расслоение (в Сr - Мо и Si-Ge). Рентгенографически это можно обнаружить по появлению дополнит. диффузного фона. С помощью Р. м. установлено, что при понижении темп-ры в твёрдых растворах с ближним расслоением происходит распад на два твёрдых раствора (напр., А1-Zn), а в растворах с ближним упорядочением при этом возникает дальний порядок (напр., Fe₃Al).

Измерение диффузного рассеяния рентгеновских лучей позволяет изучать тепловые колебания в кристаллах. Дисперсионные кривые, построенные по рентг. данным, дают возможность определить упругие константы кристалла, вычислить константы межатомного взаимодействия, рассчитать фононный спектр кристалла.

Исследование радиационных повреждений. Р. м. позволяет установить изменения структуры кристаллич. тел под действием проникающей радиации (напр., изменение периодов решётки, возникновение диффузных максимумов), а также исследовать структуру радиоактивных веществ. Дефекты в достаточно крупных и почти совершенных монокристаллах определяют методами рентг. топографии.

Лит.: Уманский Я. С., Рентгенография металлов, М., 1967; его же, Рентгенография металлов и полупроводников, М., 1969; Конобеевский С. Т., Действие облучения на материалы, М., 1967; Warren В. Е., X-ray diffraction, Reading (Mass.), 1969; Иверонова В. И., Ревкевич Г. П., Теория рассеяния рентгеновских лучей, 2 изд., М., 1978; Хачатурян А. Г., Теория фазовых превращений и структура твердых растворов, М., 1974; Кривоглаз М. А., Применение рассеяния рентгеновских лучей и тепловых нейтронов для исследования несовершенств в кристаллах, К., 1974; Уманский Я. С., Чириков Н. В., Диффузия и образование фаз, М., 1974; S с h u l z e G. Е. R., Metallphysik, 2 Aufl., В., 1974. Я. С. Уманский, Н. В. Чириков.

   <<      Предметный указатель      >>