Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Последняя работа Делофре и др. (1998) пролила свет на природу двойной С-кривой, показанной на рис. 26. Авторы утверждают, что кристаллографические механизмы мартенситных превращений различны для верхней и нижней С-кривых и для различных концентраций галлия. Низкие концентрации галлия и высокие температуры превращений (верхняя С-кривая) способствуют цепочке превращений б^уf—тогда как высокие концентрации галлия и низкие температуры (нижняя С-кривая) ведут к прямому б^а' превращению. Они показали также, что соответствующим образом меняется и морфология продуктов мартенситного превращения. Как и в случае изостатического давления, в результате такого двухступенчатого превращения (но в этом случае 8->у'->а' вместо б^Р'^а') образуется фаза из тонких пластин или полос, тогда как при прямом превращении формируется линзообразный мартенсит, показанный на рис. 24.
Кроме того, ими установлено, что продукты, соответствующие двум разным стадиям, при нагревании превращаются также совершенно по-разному, как показано на рис. 27. Продукты двухступенчатого превращения (верхняя С-кривая) служат доказательством превращения а' в б, а также а' в P и P в у. С другой стороны, оказалось, что
332
Los Alamos Science Number 26 2000
Плутоний и его сплавы
(а)
гпу решетка
Ф Ф Ф Ф Ф © Ф ®
Ф 0 Ф Ф
ф о ф о ф ф ф ф
ф © ф ф ( 0 0 0 0
Q % *Э % *
Alv
0 4' го
та
© О 0 О
Ф Ф
Ф Ф Ф Ф
Моноклинная
решетка а-плутония ф ^ ф ф
© О © © © ф © ф Ф Ф Ф Ф
Ф ® Ф ф Ф О
© ©
© Ф © Ф
:?!:?
Элементарная ячейка а-плутония
(б) (В)
Таблица IN. Связи в а-плутонии Таблица IV. Параметры моноклинной решетки а-плутония
Атом Число коР°атких связей3 Средняя длина (А) Структура а (А) b (А) с (А) P (град.) Атомный объем (А3)
1 5 2,57 а 6,183 4,822 10,963 101,79 319,96
2-7 4 2,54 а' 6,217 4,859 11,019 101,84 325,79
8 3 2,77 Изменение (%) 0,56 0,77 0,51 1,82
аКороткие связи 2,57-2,78. Длинные связи 3,19-3,71.
Рис. 25. а-плутоний в сравнении с гпу структурой и параметры решетки а- и а'-фаз плутония
(а) На рисунке гпу структура сравнивается с моноклинной структурой а-плутония, демонстрируя сходство последней с искаженной гпу структурой. Показанные связи соответствуют расстоянию между ближайшими соседями. Каждое из восьми пронумерованных положений атомов в а-плутонии в кристаллографическом отношении единственно, а вторая плоскость представляет собой разворот на 180° первой плоскости, (б) В табл. IN показано, что восемь связей между ближайшими соседями делятся на две группы, (в) В табл. IV приведены параметры решетки для нормальной а-решетки (нелегированный плутоний) и с/. -решетки, полученной из 5-фазы в сплаве Pu с 2 ат. % Al, показанной на рис. 23. Параметры решетки по всем трем осям слегка вытянуты, а моноклинный угол немного увеличен. В целом введение 2 ат. % Al в (/. -решетку увеличивает ее объем примерно на 2%
Number 26 2000 Los Alamos Science
333
Плутоний и его сплавы
(а)
-75
0
О
§_ -100 >ч
I-
CO
О.
CD
1 -125
-150
(б)
О
-125
-150
0 100 1000 10000 0 10 100
Время (с) Время (мин)
Рис. 26. Кривые температура-время-превращение для двух Pu-Ga сплавов высокой чистоты
Сплавы плутония высокой чистоты с галлием двух концентраций были гомогенизированы для сохранения гцк 5-фазы при комнатной температуре перед тем, как проводить эксперименты по изотермическим превращениям при низких температурах. Процесс превращения описывается двойной С-кривой (Orme et al. 1975). Каждая из кривых отражает различную степень 5 а' превращения. Заметим, что время на диаграмме для сплава с 1,4 ат. % Ga дано в секундах, а для сплава с 1.9 ат. % Ga-в минутах. Это показывает, насколько сплав с более низким содержанием галлия неустойчив к превращениям
а'-фаза, образовавшаяся в результате одноступенчатого превращения, переходит в 6-фазу в одну стадию. Все эти результаты косвенно подтверждаются дилатометрическими экспериментами, показанными на рис. 27. К сожалению, из-за того, что электронная микроскопия не проводилась, невозможно сделать окончательные выводы об истинном характере механизмов превращений для С-кривой или обратных превращений при нагреве. Нам неизвестен также и точный механизм превращения или кристаллография сплавов, испытавших превращение под давлением. Например, в сплавах плутония с галлием |3'-фаза как промежуточная фаза отсутствует, в отличие от сплавов плутония с алюминием. Кроме того, у нас нет представления и об изотермическом характере мартенситных превращений при охлаждении, т. е. является ли образование зародышей термически активируемым процессом для любого из двух механизмов. Из сравнения с другими системами сплавов мы можем всего лишь заключить, что количества зародышей недостаточно, чтобы при таких температурах началось превращение, и что для успешного инициирования превращения необходима термически активируемая перегруппировка дислокаций. После образования зародышей превращение проходит быстро за счет комбинации деформаций решетки и решеточно-инвариантных деформаций.
