Структурные изменения в поликристаллическом висмуте при воздействии мощных ионных пучков - Физика и энергетика курсовая работа
Главная
Физика и энергетика
Структурные изменения в поликристаллическом висмуте при воздействии мощных ионных пучков
Физические свойства висмута и его полиморфных модификаций. Исследование влияния мощных пучков заряженных частиц на микроструктуры и свойства мишеней. Преимущества применения методов рентгеноструктурного фазового анализа для расчета дифракционных картин.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Кафедра прикладной и медицинской физики
Структурные изменения в поликристаллическом висмуте при воздействии МИП
ГЛАВА 1. МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ПУЧКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
1.2 Влияние пучков заряженных частиц на микроструктуры и свойства мишеней
1.3 Висмут и его полиморфные модификации
2.1 Методы рентгеноструктурного фазового анализа
2.1.2 Количественный фазовый анализ
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
Одним из современных методов повышения эксплуатационных характеристик материалов является импульсная обработка их поверхности концентрированными потоками энергии.
В общих чертах она сводится к интенсивному разогреву поверхности вплоть до температуры кипения с последующим быстрым охлаждением, что позволяет получать неравновесные структуры с оригинальными физическими свойствами.
Невозможность получения подобных структур какими-либо иными способами говорит о перспективности применения МИП.
В данной работе было изучено воздействие МИП с разными параметрами на образцы поликристаллического висмута.
Висмут (Bi) является серебристо-серым металлом с розоватым оттенком. Его применяют в фармацевтической промышленности, зубоврачебном протезировании, при изготовлении автоматических противопожарных устройств, бронебойных снарядов, теплоносителей в ядерных реакторах, термоэлектрогенераторов, а также при изготовлении сталей, керамики, стекла. Этот металл интересен тем, что его кристаллы в различных условиях могут обладать различной симметрией и формой, т.е. обладают множественным полиморфизмом.
Полиморфизм обусловлен изменением температуры и давления в процессе кристаллизации. Каждая полиморфная модификация имеет свойственный ей интервал давления и температуры, а также геометрическую форму кристаллов.
Целью данной работы является исследование фазовых превращений при импульсной обработке мощным ионным пучком поликристаллического висмута.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
• Исследование фазового состава висмута до и после облучения МИП с различными режимами.
• Исследование изменения зеренной структуры и измерение микротвердости.
ГЛАВА 1. МОДИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ПУЧКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В последние годы надежно установлено, что одним из перспективных методов синтеза и модификации конструкционных материалов для повышения их эксплуатационных характеристик является импульсная обработка их поверхностей концентрированными потоками энергии (КПЭ). К числу КПЭ относят лазерные и плазменные потоки, направленные пучки электронов и ионов. В общих чертах данные методы модификации материалов сводятся к интенсивному разогреву поверхности вплоть до температуры кипения с последующим быстрым охлаждением, что позволяет получать неравновесные структуры с оригинальными физическими свойствами, недостижимые при традиционных методах обработки. Кроме того КПЭ применяют для термического воздействия на материалы в целях проведения технологических операций сварки, резки, скрайбирования, размерной обработки, маркирования, напыления, наплавления и т.д. Таким образом, знание основных физических процессов, протекающих в образцах, подвергнутых воздействию КПЭ, и их влияния на свойства материалов, является необходимым в современной физике твердого тела и материаловедении [1].
В течение последних 50 лет сформировались электронно- и ионно-лучевые технологии обработки материалов. В этой новой области электронные и ионные пучки непосредственно используются для осуществления многих технологических процессов: от получения субмикроскопических структур в микроэлектронике до выплавки крупных слитков в металлургии. Приблизительно в 1965 году электронно-лучевая плавка, сварка, напыление и обработка поверхностей были внедрены в промышленное производство. Освоение лазерных технологий значительно повышает эффективность современного производства [2].
В нашей работе мы изучали использование мощных ионных пучков (МИП) для направленной модификации физико-химических и химических свойств металлов и сплавов. Обычно используют ионные пучки с длительностью импульса ~ 10 - 100 нс, энергией ионов 100 - 500 кэВ, плотностью тока j ~ 50 - 250 А/см 2 и плотностью энергии 1 - 5 Дж/см 2 . Облучение мишени импульсными мощными ионными пучками характеризуется быстрым вводом энергии в слой соизмеримый по глубине с пробегом ионов, разогревом этого слоя до температур ~ 10 4 К и последующей быстрой закалкой. Малой длительности импульса тока ~ 10 -7 с соответствует толщина расплавленного слоя ~ 1 мкм. Такому воздействию характерны большие градиенты температур и высокая скорость охлаждения (> 10 6 К/с), что часто приводит к созданию аморфных слоев. Толщина модифицированного слоя достигает десятков и сотен микрон, т.е. в 10 2 и более раз превышает пробег ионов в материале мишени. Это обусловлено влиянием напряжений и формированием дефектов структуры на больших глубинах. Так, при плотностях ионного тока j > 100 А/см 2 наблюдается рост концентрации дислокационных петель на глубине 50 - 100 мкм и более.
Этот метод оказывается не только конкурентоспособным, но и обладает рядом преимуществ перед методом использования коротких лазерных импульсов (< 10 нс) для формирования аморфных слоев. Если поглощается энергия лазерного излучения порядка 1 Дж/см 2 , тогда тонкий приповерхностный слой материала (~ 1 мкм) расплавляется, и благодаря хорошему термическому контакту с массивным образцом, быстро затвердевает. Скорость охлаждения, достигающая > 10 9 К/с приводит к образованию стеклообразных слоев. При использовании МИП облучаемая область составляет 100 см 2 и более, что существенно больше, чем в случае лазерного воздействия. Пробег ионов не зависит от оптических свойств материала. Первичный разогрев оказывается почти гомогенным на глубинах до 1 мкм. Следовательно, испарение с поверхности оказывается минимальным. Использование техники маскирования (литографии) обеспечивает создание заданного рисунка аморфных и кристаллических зон с разрешением около 1мкм. Эти области характеризуются различием коррозионных, каталитических и механических свойств.
Применение МИП имеет некоторые преимущества и по сравнению с обычными способами модификации сплавов: ионным облучением и ионным перемешиванием. Во-первых, управление свойствами материала осуществляется только за счет термических эффектов, а не радиационных дефектов. Дозы не превышающие 5*10 13 ион/см 2 , т.е. на два-три порядка величины меньше, чем при традиционной ионной бомбардировке, достаточны для аморфизации сплавов. Сорт ионов не играет роли, следовательно, можно использовать мощные протонные пучки [3].
Весь процесс воздействия МИП на мишень можно разделить на три основные стадии:
1. в интервале времени 0 < ф < ф 1 (ф 1 = 20-30 нс) происходит процесс разогрева вещества мишени - тепловая стадия.
Глубина диффузии тепла z из зоны прямого воздействия за время ф равна примерно длине пробега ионов в веществе, так как z ? , где ч - коэффициент температуропроводности металла, составляющий ~ (0,1-1см 2 /с). Поэтому уже за время ф 1 в слой вещества порядка длины пробега ионов будет вложена энергия, превышающая энергию сублимации H С (для большинства металлов H C ? 0,8-8 КДж/г);
2. переход вещества в пароплазменное состояние и начало газодинамического разлета, который продолжается, по крайней мере, до окончания импульса ф И .
В результате этого мишени передается импульс отдачи, который в свою очередь формирует интенсивную волну сжатия (в алюминиевом образце при плотности тока на мишени 10 7 -10 8 Вт/см 2 верхний уровень давления находится в диапазоне 0,1-10 ГПа). Импульс сжатия при определенных условиях может трансформироваться в ударную волну. Формирование и распространение ударных волн в металлах приводит к увеличению концентрации дефектов структуры на больших глубинах (50-100 мкм). Можно выделить две основные области воздействия МИП: ближнюю (до 10-15 мкм), характеризующуюся значительными температурными напряжениями, и дальнюю (до сотен микрон), где температурные эффекты не играют существенной роли.
3. ф >>ф И - после окончания токового импульса.
На этой стадии формируется структура приповерхностного слоя (ближняя зона) при доминирующем влиянии высокой скорости его охлаждения за счет теплопроводности (~ 10 7 К/с) и больших градиентов температуры. При определенных композициях сплав под воздействием МИП становится аморфным.
Таким образом, можно выделить следующие процессы, которые протекают в облученных в импульсном (наносекундном) режиме поверхностях металлов, и которые не наблюдаются при воздействии непрерывных пучков, используемых для имплантации:
1) перекрытие каскадов столкновений вследствие очень высокой плотности тока в пучке;
2) значительная интенсификация процессов переноса атомов на расстояния, существенно превышающие длину пробега ускоренных ионов;
4) испарение атомов с поверхности образца (плотность потока испарившихся атомов на 3-4 порядка выше, чем обычное распыление);
5) отжиг радиационных дефектов, обусловленный температурным полем тормозящихся ионов;
6) образование и распространение на большие глубины упругих и ударных волн вследствие испарения атомов с поверхности, распространение термомеханических напряжений и т.д.
Модификация поверхности металлов с помощью сильноточных наносекундных ионных пучков носит характер самостоятельного физического и технологического процесса, который необходимо рассматривать в динамике, с учетом всего многообразия коллективных явлений, порождаемых тормозящимися ионами. Основной особенностью взаимодействия таких пучков с веществом являются высокоинтенсивные процессы тепломассообмена, которые и определяют характеристики поверхности после облучения. Принимая во внимание соображения, изложенные выше, управление свойствами материала под действием МИП осуществляется только за счет термических эффектов, а не радиационных. Кинетика процессов весьма чувствительна к характеристикам пучка. Параметры МИП выбираются с учетом конкретного материала и с учетом того, изменения какого эксплуатационного свойства необходимо добиться.
1.2 Влияние пучков заряженных частиц на микроструктуры и свойства мишеней
Структура поверхности определяет многие свойства материалов, используемых в промышленности. Так, например, электрические свойства полупроводников зависят от состава и структуры поверхностного слоя толщиной до 1 мкм, а у металлов и сплавов морфология, фазовый состав и дислокационная структура поверхностных слоев определяют износостойкость и коррозионную стойкость, предел выносливости и жаростойкость, сопротивление солевой коррозии и пылевой эрозии. Обзор литературы за последние годы позволяет провести систематизацию исследований физико-химического состояния поверхностных слоев материалов, подвергнутых облучению концентрированными потоками энергии.
В ходе изучения формирования поверхностного рельефа различных материалов после их облучения протонно-углеродным пучком (70% ионов углерода и 30% ионов водорода) на ускорителе "ТЕМП" при разных режимах, удалось выявить общую тенденцию образования микронеоднородностей на их поверхностях.
Поверхность стали марки Р6М5 (С - 0,82-0,9%, Si - 0,2-0,5%, Mn - 0,2-0,5%, Ni до 0,6%, S до 0,025%, P до 0,03%, Сr - 3,8-4,4%, Mo - 4,8-5,3%, W - 5,5-6,5%, V - 1,7-2,1%, Co до 0,5%, Сu до 0,25%) после МИП-обработки с энергией 300 кэВ и плотностью тока > 100 А/см 2 имеет развитый рельеф с концентрическими следами от ионного пучка и кратерами. Также отчетливо просматриваются выплески металла и области кристаллизации с мелкими зернами (рис.1) [4].
Рис.1. Поверхность стали Р6М5 после МИП-обработки (Е = 300 кэВ и j>100А/см 2 ).
Поверхности титановых сплавов ВТ9 (Ti -86%, Zr -2,5%, Mo - 3,8%, Al - 7,0 %, C - 0,1% и сотые доли процентов массы образца Fe, O, Si, C, H), ВТ8М (Ti - 90%, Mo - 3,7%, Al -5,9%, Fe, O, Si, C, H), ВТ18У (Ti -80%, Zr - 4,5%, Mo - 3,4%, Al - 7,3%, Sn - 3,0%, Nb - 1,5%, Fe, O, Si, C, H) после облучения пучками с аналогичными параметрами также содержит кратеры различной формы, глубины и выплески материала (Рис. 2).
Появление кратеров на поверхности после облучения высокими концентрациями энергий отслеживались и на других мишенях, например, на монокристалле высокочистого алюминия (99,999%), на поликристаллах никеля, моно- и поликристаллах молибдена, а также на других образцах (в том числе и гетерофазных, например, Al-Ni-Fe, Mo-Re и др.) [5].
Рис. 2. Поверхности образцов из сплавов ВТ9, ВТ8М, ВТ18У после облучения мощным ионным пучком (E = 300 кэВ; j = 100-120 А/см 2 ; n = 1).
Особенностью висмута является значительное (на 3,35%) увеличение объема при кристаллизации. В результате облучения образцов чистого висмута (Bi 99,9%) на ускорителе "ТЕМП" со средней энергией 300 кэВ, длительностью импульса 60 нс, в диапазоне плотностей тока 10 - 150 А/см 2 при варьировании числа импульсов облучения от одного до пяти также наблюдалось образование различных выступов. В условиях медленной кристаллизации висмута, когда на поверхности образуется твердая фаза, в результате увеличения ее объема происходит сжатие нижележащего слоя расплава. Расплав выдавливается через возникающие на поверхности трещины и кристаллизуется. Форма образующихся частиц определяется геометрией формирующихся трещин, через которые выдавливается расплав. Кроме того, на поверхности самых больших частиц видны выступы и вторичные малые частицы, связанные уже с кристаллизацией выдавленного расплава. На поверхности образца также наблюдаются отверстия различной формы. Вероятно, что это те повреждения трещинами поверхностного слоя металла, через которые выдавливался расплав (Рис. 3).
При однократном облучении с плотностью тока j ~ 30 А/см 2 характерный поперечный размер частиц закристаллизовавшегося расплава ~ 6 мкм; при j ~ 100 А/см 2 - 20 мкм. При увеличении числа импульсов до 3 картина существенно меняется. На поверхности образца образуются участки с сетчатой структурой, с характерным размером 140 мкм и с выступами, имеющими размер ~ 40 мкм.
Рис. 3. Поверхность висмута после воздействия МИП с j ~ 30 А/см2 и n=3 в левой части; j= 100 А/см2 и n=1 в правой части.
При j = 150 А/см 2 и n = 1 происходит формирование более четко выраженной сетчатой структуры, объем расплава выдавливаемого из выступов этой структуры увеличивается (рис. 4). При той же плотности тока и числе импульсов n = 3 образуются области со значительным выбросом расплава, который кристаллизуется в различные частицы и конгломераты [6].
Рис. 4. Поверхность висмута после воздействия МИП с j= 150 А/см 2 и n=1 и n=3.
Таким образом, после облучения увеличивается шероховатость поверхностей всех исследованных образцов, и наиболее характерными элементами рельефа являются кратеры. Изменение шероховатости поверхности, в свою очередь, ведет к модификации трибологических свойств материалов. Кроме того увеличивается микротвердость (б-Fe, титановых сплавов ВТ18У, ВТ9), усталостная прочность (никелевого сплава ЭП718ИД), эрозионный износ (ВТ18У). Негативными последствиями образования кратеров является то, что они могут служить концентраторами напряжений на поверхности, на них могут образовываться микротрещины или усталостные трещины.
Воздействие ионными пучками на металлы и сплавы влияет не только на модификацию поверхности, но также приводит к изменению фазового состава, образованию вторичных фаз, искривлению кристаллической решетки, перераспределению элементов в приповерхностных слоях и изменению внутренней дефектной структуры на значительную глубину образцов.
В исходном состоянии исследуемая сталь марки Ст3сп (химический состав в %: С - 0,14-0,22; Fe ? 97; Si - 0,15-0,3; Mn - 0,4-0,65; Ni до 0,3; S до 0,05; Р до 0,04; Сr до 0,3; N до 0,008; Сu до 0,3; As до 0,08) представляла собой поликристаллы б-фазы железа с ОЦК решеткой. Внутри зерен и на их границах имелись частицы цементита различной формы и размеров. Субструктура представляла собой хаотически распределенные дислокации или сетки дислокаций с плотностью <с> = 1,4*10 10 см -2 .
Материал облучали мощными ионными пучками в ускорителях "ЭТИГО-II" и "RHEPP-I" при вакууме 10 -3 Па. Образцы облучались протонными пучками со следующими параметрами: в ускорителе "ЭТИГО-II" энергия пучка Е = 1 МэВ, плотность тока j = 0,5-10 кА/см 2 и длительность импульса ф = 50 нс; в ускорителе "RHEPP-I" Е = 0,5 - 0,7 МэВ, j до 200 кА/см 2 и ф = 80 нс. Плотность потока энергии варьировалась от 5 до 100 Дж/см 2 , что позволяло не только плавить, но и испарять поверхностный слой толщиной до нескольких микрон.
С помощью электронно-микроскопического метода было изучено структурно-фазовое состояние поверхности облученного материала, а также слоев, расположенных на глубине до 120 мкм. Все исследованные слои, включая поверхность, состоят из б-фазы на основе железа. Новых фаз не обнаружено, за исключением частиц цементита на глубине > 15 мкм, что свидетельствует об их растворении. Кроме того изменилась и дефектная структура. На поверхности образовалась дислокационная сетчатая и ячеисто-сетчатая субструктура. Скалярная плотность дислокаций облученного материала изменяется от слоя к слою. Максимальная плотность приходится на приповерхностный слой и составляет на глубинах ~ 1мкм <с> = 2,45*10 10 см -2 . Далее плотность дислокаций снижается и на глубине > 70мкм выходит на исходную величину [4].
Рассмотрим теперь влияние облучения МИП на структуру и свойства нержавеющей стали. Экспериментально было показано, что в результате МИП-воздействия (плотность потока энергии 10 - 20 Дж/см 2 ) поверхность образцов была расплавлена, а часть поверхностного слоя "аблировала" с поверхности в пароплазменном состоянии. Толщина унесенного слоя составила 1,1 - 1,3 мкм. В результате плавления поверхностного слоя и формирования на поверхности газоплазменного состояния в образце (до глубины 1,5 мкм) увеличивается концентрация кислорода. Кроме того, происходит перераспределение элементов матрицы подложки (например, Cr, Ni, Fe) в поверхностном слое.
При обработке сплава Fe56-Cr18-Ni16-Мn10 МИП формируется неоднородная дислокационная субструктура. Плотность дислокаций (при перемещении по фольге) изменяется от 3,5*10 10 см -2 до 8,6*10 10 см -2 (рис. 5). Также обнаруживаются участки, содержащие субзеренную структуру. Выделений вторичных фаз не обнаружено.
Рис.5. Дислокационная структура нержавеющей стали в исходном состоянии и после облучения МИП с плотностью потока энергии 10 Дж/см 2 (плотность дислокаций 8,6*10 10 см -2 ).
На рисунке видно, что до обработки дислокации представляют собой одиночные петли. Облученная (оплавленная) зона образцов нержавеющей стали представляет собой поликристалл гетерогенной структуры, содержащий аморфные и кристаллические участки. Электронно-дифракционная микроскопия показала, что оплавленная зона обогащена Cr и обеднена Ni. Изменение концентрации в обработанной зоне образцов может происходить в результате преимущественного испарения одного из элементов, либо за счет различных коэффициентов диффузии данных компонентов [4].
Таким образом, воздействие МИП приводит к закалке поверхностного слоя, изменению дефектной структуры вблизи поверхности, формированию импульса отдачи за счет разлета "аблированного" материала. Также наблюдается изменение дефектной структуры в глубине приповерхностного слоя толщиной 50 - 200 мкм. Все перечисленные выше факторы изменяют такие служебные характеристики нержавеющей стали как твердость, коррозионная стойкость и износостойкость при сухом трении.
1.3 Висмут и его полиморфные модификации
Висмут (лат. Bismuthum, Bi) - химический элемент V группы периодической системы Менделеева (атомный номер 83, атомная масса 208,980), является серебристо-серым металлом с розоватым оттенком. Природный висмут состоит из одного стабильного изотопа 209 Bi. Содержание этого металла в земной коре - 2*10 -5 % по массе. Висмут встречается в природе в виде многочисленных минералов. Основными из них являются висмутовый блеск Вi 2 S 3 , висмут самородный Bi, бисмит Bi 2 O 3 и др. Около 90% мирового потребления покрывается попутной добычей висмута при переработке полиметаллических руд. Основные физические свойства висмута указаны в таблице.1.
Удельная теплоемкость, С (при 20°С)
Термический коэффициент линейного расширения, б L (при комнатной температуре)
Удельная теплопроводность, л (при 20°С)
Удельное электрическое сопротивление, с (при 20°С)
Удельная магнитная восприимчивость, ч
Висмут является самым диамагнитным металлом. Его электрическое сопротивление под влиянием магнитного поля увеличивается в большей степени, чем у других металлов. Это свойство используют для измерения индукции сильных магнитных полей. При комнатной температуре висмут хрупок, легко раскалывается по плоскостям спайности, в фарфоровой ступке растирается в порошок, а при температуре 120--150°С становится ковким. При плавлении этот металл уменьшается в объёме на 3,27%.
В сухом воздухе висмут устойчив, во влажном наблюдается его поверхностное окисление. При нагревании до температур выше 1000°С сгорает голубоватым пламенем с образованием трехокиси Bi 2 O 3 , которую используют для получения висмутовых солей. В электрохимическом ряду активности металлов висмут стоит между водородом и медью, поэтому в разбавленной серной и соляной кислотах не растворяется; растворение в концентрированных серной и азотной кислотах идёт с выделением SO 2 и соответствующих окислов азота. Висмут проявляет валентность 2, 3 и 5. Соединения Bi низших валентностей имеют основной характер, высших -- кислотный. Растворимые соли висмута ядовиты, по характеру воздействия аналогичны ртути.
С некоторыми металлами (свинцом, кадмием, оловом) висмут образует легкоплавкие эвтектики. С натрием, калием, магнием и кальцием -- интерметаллические соединения c температурой плавления, значительно превышающей температуры плавления исходных компонентов. С расплавами алюминия, хрома и железа висмут не взаимодействует [7].
Кристаллы висмута в различных условиях могут обладать различной симметрией и формой, т.е. обладают полиморфизмом. Полиморфизм обусловлен изменением температуры и давления в процессе кристаллизации. Каждая полиморфная модификация имеет свойственный ей интервал давления и температуры, а также геометрическую форму кристаллов.
При обычном атмосферном давлении и температуре 20 - 25°C существует только одна ромбоэдрическая висмутовая модификация с грубозернистым строением и пространственной группой R3m (параметры решетки: а = 0,4746 нм и б = 57,27°). (Табл.2.) Полиморфизм при таких температурах проявляется только при повышении давления. При давлении 2,57 ГПа и температуре 25°C кристаллическая решетка висмута претерпевает превращение из ромбоэдрической в моноклинную с параметрами a = 0,6674 нм, b = 0,6117 нм, c = 0,3304 нм, в =110,33 o ; пространственная группа C2m.
В интервале давлений 2,3-5,2 ГПа и интервале температур 500-580°C висмут имеет тетрагональную решетку с параметрами a = 0,657 нм, c = 0,568нм. При этом полиморфные превращения происходят при давлениях 2,72 ГПа, 4,31 ГПа и около 5 ГПа. При дальнейшем повышении давления до 7,74 ГПа висмут имеет кубическую решетку, пространственная группа Im3m, параметр решетки a = 0,380 нм. При давлении 30 ГПа также обнаружено полиморфное превращение.
Кроме того изменение давления влияет на температуру плавления висмута -- с ростом давления, температура плавления висмута понижается, в то время как у большинства металлов растет. Это необычное свойство считают следствием способности висмута расширяться при твердении и уплотняться при расплавлении [8].
Таблица.2 Полиморфные модификации висмута
Сингония кристаллической решетки (пространственная группа)
Давления и температуры полиморфных превращений
Что касается применения висмута, наибольшее его количество потребляется фармацевтической промышленностью. Препараты, содержащие висмут, применяют в медицинской практике как обеззараживающие и подсушивающие средства. Нитрат висмута основной применяют наружно при воспалительных заболеваниях кишечника (колиты, энтериты), язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. В виде присыпок и мазей применяют препараты (ксероформ, дерматол) для лечения ожогов, дерматитов и поверхностных пиодермий. Для внутримышечных инъекций употребляют взвеси некоторых соединений висмута в растительном масле (бисмоверол, бийохинол) при лечении сифилиса.
Значительное количество висмута идёт для приготовления легкоплавких сплавов, содержащих свинец, олово, кадмий, которые применяют в зубоврачебном протезировании, для изготовления клише с деревянных матриц, в качестве выплавляемых пробок в автоматических противопожарных устройствах, при напайке колпаков на бронебойные снаряды и т.д. Расплавленный висмут может служить теплоносителем в ядерных реакторах.
Быстро увеличивается потребление висмута в соединениях с теллуром для изготовления термоэлектрогенераторов. Эти соединения из-за благоприятного сочетания величин теплопроводности, электропроводности и термоэлектродвижущей силы позволяют преобразовывать тепловую энергию в электрическую с большим КПД (~7%). Добавление висмута к нержавеющим сталям улучшает их обрабатываемость резанием. Кроме всего вышеперечисленного, соединения висмута применяются в стекловарении (увеличивают коэффициент преломления) и керамике (дают легкоплавкие эмали) [7].
2.1 Методы рентгеноструктурного фазового анализа
висмут рентгеноструктурный фазовый дифракционный
В настоящее время изучения атомной структуры кристаллов возможно благодаря применению рентгенографических методов. Эти методы являются основными для расчета дифракционных картин. В нашей работе для получения рентгенограмм мы использовали дифрактометр ДРОН-ЗМ [9].
Для установления наличия и идентификации фаз в материале применяют рентгеноструктурный фазовый анализ (РФА). Методы РФА дают возможность получения из экспериментальной рентгенограммы, наряду с данными о фазовом составе, данные о структурных характеристиках отдельных фаз. Последнее имеет особое значение в повышении роли рентгеновского метода, так как это позволяет получать разностороннюю информацию из одной дифракционной картины, благодаря разработке целого ряда методов РФА.
Фазовый рентгеноструктурный анализ основан на том, что каждая фаза имеет свою специфическую кристаллическую решетку с определенными параметрами и ей соответствует на рентгенограмме своя система линий. Поэтому в общем случае при съемке вещества, представляющего собой смесь нескольких фаз, получается рентгенограмма, на которой присутствуют линии всех фаз входящих в состав образца. Проводя расчет и индицирование линии рентгенограммы, можно получить точные данные о составе исследуемого вещества.
Для решения вопроса о том, какая фаза присутствует в пробе, нет необходимости в определении ее кристаллической структуры, а достаточно, рассчитав рентгенограмму или дифрактограмму, снятую по методу порошка, сравнить полученный ряд межплоскостных расстояний с табличными значениями. Совпадение (в пределах ошибок эксперимента) опытных и табличных значений d/n и относительной интенсивности линий позволяет однозначно идентифицировать присутствующую в образце фазу. Сравнение с табличными результатами начинают с наиболее интенсивных линий. Если три-четыре наиболее интенсивных линии предполагаемой фазы отсутствуют, то полученные значения d/n следует сравнивать с табличными для другой фазы. Межплоскостные расстояния для различных неорганических фаз имеются в ряде справочников [10]. Наиболее полный и постоянно обновляемый определитель фаз - картотека ASTM (Американское общество испытаний материалов), последующие выпуски которого издаются Объединенным комитетом порошковых дифракционных стандартов (JCPDS). Если в анализируемом образце присутствуют несколько фаз, то рентгенограмма является результатом наложения дифракционных картин от всех этих фаз, причем интенсивность каждой линии зависит от ее объемной доли. Для установления природы фаз, присутствующих в системе, следует из общего ряда полученных значений d HKL выделить ряды, свойственные каждой из фаз в отдельности, а затем сопоставить их с табличными значениями для каждой из фаз и, проиндицировав соответствующие интерференционные максимумы, рассчитать значения периодов решеток соответствующих фаз.
Характер интерференционных максимумов также может помочь разделению фаз. Известно, что острые максимумы соответствуют блокам мозаики средней величины. Крупноблочные агрегаты дают точечные, мелкоблочные - уширенные, ориентированные - симметрично прерывистые максимумы. Поэтому интерференционные максимумы рентгенограммы, снятой без вращения образца, фазы которой находятся в разном состоянии, будут отличаться по внешнему виду, причем все максимумы одного внешнего вида будут принадлежать, естественно, к одной фазе, что позволит выделить из общего ряда d HKL ряд, принадлежащий одной фазе.
2.1.2 Количественный фазовый анализ
Количественный фазовый анализ, т.е. определение количества какой-либо одной или ряда фаз в многофазных композициях, основан на том, что интенсивность линий данной фазы пропорциональна объемной доле данной фазы в смеси. Анализ основан на количественном сравнении интенсивности линий разных фаз друг с другом или с интенсивностью линии эталона, снимаемого в тех же условиях. Существует много разновидностей методов рентгеновского количественного фазового анализа, описанных в специальной литературе. В любом из них происходит сравнение интенсивности так называемых "аналитических" линий каждой фазы - обычно линия наибольшей интенсивности, свободная от наложения других линий анализируемой или остальных фаз многофазного образца. Для выделения аналитических линий необходимо предварительно провести качественный фазовый анализ.
В нашем исследовании мы применяли метод съемки без эталона (метод по Чангу). Для проведения анализа с помощью этого метода требуется приготовление лишь одной стандартной смеси. В основу метода Чанга положена формула:
где x i -весовая доля определяемой фазы в образце; х с
Структурные изменения в поликристаллическом висмуте при воздействии мощных ионных пучков курсовая работа. Физика и энергетика.
Реферат по теме Шпора по истории и культурологии
Сочинение по теме Современная зарубежная журналистика
Отчет по практике по теме Молочні продукти Богуславського маслозаводу
Контрольная Работа По Английскому 4 Класс
Реферат: Давление в жидкости и газе
Доклад: Чили: индейцы Мапуче
Итоговое Сочинение Комментарии К Направлениям 2022 Видеоролик
Доклад по теме Эмбриогенез
Курсовая работа по теме Разработка инновационной маркетинговой стратегии с применением CRM-технологий
Реферат: Математика матрица
Реферат: The Trial Essay Research Paper THE TRIALby
Реферат по теме Греческие города Северного Причерноморья. Ольвия
Пример Итогового Сочинения Незачет
Пример Реферата Старшей Медсестры
Дипломная работа по теме Анализ института самозащиты гражданских прав
Дипломная работа: Формирование волеизъявления избирателей на выборах в органы публичной власти в Российской Федерации
Реферат: Середньовіччя, як історична і культурна доба
Курсовая Работа Менеджмент Жалоб
Курсовая работа по теме Валютные операции банка и перспективы их развития
Реферат: Четырёхсторонний статус Берлина
Концепт "цветная революция" в современном общественно-политическом дискурсе - Политология дипломная работа
Проект системы контроля дистанции при движении МЗКТ-79221 в колонне - Транспорт дипломная работа
Оптические резонаторы. Лазерное излучение. Типы лазеров - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника реферат