Першопринципні методи розрахунку фізичних характеристик тугоплавких бінарних евтектичних композитів

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ 2018. Розроблено метод для обчислення фізичних характеристик при одновісних деформаціях тугоплавких кристалів, що мають щільноупаковані атомні площини, а також модель, за допомогою якої можливо оцінити поверхневу енергію наночастинки. На основі створених методів і моделей оцінена міцність нанокристалів в залежності від розмірного фактора і форми. За допомогою квантово-механічних методів (метод псевдопотенціалу) побудований термодинамічний потенціал бінарних систем. Характерні параметри евтектики (концентрація і температура) обчислені за допомогою системи рівнянь, які отримані з умови екстремуму термодинамічного потенціалу. За допомогою побудованого методу «квазігармонійного наближення» були досліджені температурні залежності деяких фізичних характеристик боридів і композитів на їх основі. Виявлено, що для лінійного коефіцієнта термічного розширення LaB6 характерна стрибкоподібна зміна при високих температурах, що пов'язано з енергетичним станом комплексу B6. Розроблено метод для врахування міжкомпонентної взаємодії в композитах, оцінена її роль при утворенні евтектики, досліджені міцнісні характеристики бінарних композитів при високих температурах. Показано, що міжкомпонентна взаємодія утворюється за допомогою загальних атомів, які належать обом компонентам або загальними кристалічними вузлами (заселеними різними атомами, що належать двом компонентам) по лінії стикування двох структур.

Thesis for doctor’s degree by speciality 01.04.07 – solid state physics.- Isititue for Problems of Materials Science of the National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2018. For refractory materials was developed the method for calculating the elastic charac teristics and theoretical strength for uniaxial deformations. A model is developed for as sessing the strength of nanocrystals, depending on their size and shape. It is shown that in order to determine the composition and temperature at the eutectic point, it is sufficient to construct a thermodynamic potential for a system in the solid state, which has a maximum in concentration and a minimum in temperature. From the extreme point of the thermodynamic potential, a system of equations is obtained whose solution determines the composition and melting temperature of the system at the eutec tic point. To study the temperature dependence of the physical properties of binary eu tectic systems, a "quasi-harmonic approximation" model is constructed on the basis of the pseudopotential method. This model allows inclusion of nonharmonic effects asso ciated with the thermal expansion of materials within the framework of the harmonic approximation. An approach is presented to solve the problem of taking into account the intercomponent interaction, as well as the temperature dependence of the physical char acteristics. Taking into account the intercomponent interaction leads to an increase in the permissible degree of deformation of the refractory component, which ultimately contributes to an increase in the ultimate strength of the binary system. Based on the re sults of the computational experiment, the role of the intercomponent interaction in the formation of eutectic systems was studied.