Fáze Frank – Kasper - Frank–Kasper phases - Wikipedia

Jednotková buňka fází A15 z Pozn3Sn
Jednotková buňka Lavesovy fáze s MgZn2 struktura (atomy Mg jsou zelené).

Topologicky uzavřené balení (TCP) fáze, také známý jako Fáze Frank-Kasper (FK), jsou jednou z největších skupin intermetalické sloučeniny známé svým komplexem krystalografická struktura a fyzikální vlastnosti. Díky své kombinaci periodické a neperiodické struktury patří některé fáze TCP do třídy kvazikrystaly. Aplikace fází TCP jako vysokoteplotní strukturní a supravodivé materiály byly zvýrazněny; dosud však nebyly dostatečně prozkoumány pro podrobnosti o jejich fyzikálních vlastnostech. Také jejich složité a často nestechiometrický struktura z nich dělá dobré předměty pro teoretické výpočty.

Dějiny

V roce 1958 Frank a Kasper ve své původní práci zkoumající mnoho komplexů slitina struktury,[1][2] ukázaly, že neikosaedrální prostředí tvoří otevřenou síť, kterou nazývají hlavní kostra, a nyní je identifikována jako místo deklinace. Přišli s metodikou balení asymetrických icosahedra na krystaly pomocí jiných mnohostěnů s většími koordinační číslo a atomy. Tyto koordinace mnohostěn byly konstruovány tak, aby udržovaly topologické úzké balení (TCP).[3]

Klasifikace geometrií jednotkových buněk

Založeno na čtyřboká jednotky, FK krystalografické struktury jsou klasifikovány do nízké a vysoké polyedrické skupiny označené jejich koordinační čísla (CN) s odkazem na počet atomů centrujících mnohostěn. Některé atomy mají icosahedral struktura s nízkou koordinací, označená CN12. Některé další mají vyšší koordinační čísla 14, 15 a 16, označené CN14, CN15 a CN16. Tyto atomy s vyššími koordinačními čísly tvoří nepřerušované sítě spojené ve směrech, kde je pětinásobná ikosahedrální symetrie nahrazena šestinásobnou místní symetrií.[4]

Klasické fáze FK

Nejběžnějšími členy rodiny FK-fází jsou: A15, Lávové fáze, σ, μ, M, P a R.

A15 fází

Hlavní článek: A15 fází

Fáze A15 jsou intermetalické slitiny s průměrným koordinačním číslem (ACN) 13,5 a osmi A3B stechiometrie atomy na jednotku buňky, kde jsou dva atomy B obklopeny mnohostěnem CN12 (icosahedra) a šest atomů A je obklopeno mnohostěnem CN14. Pozn3Ge je supravodič se strukturou A15.

Lávové fáze

Hlavní článek: Lávové fáze

Strom Lávové fáze jsou intermetalické sloučeniny složené z mnohostěnů CN12 a CN16 s AB2 stechiometrie, běžně se vyskytující v binárních kovových systémech, jako je MgZn2. Kvůli malému rozpustnost AB2 struktury, Lavesovy fáze jsou téměř liniové sloučeniny, i když někdy mohou mít širokou oblast homogenity.

σ, μ, M, P a R fáze

Fáze sigma (σ) je intermetalická sloučenina známá jako ta bez definitivního stechiometrického složení a vytvořená na elektron / atomový poměr v rozmezí 6,2 až 7. Má primitivní čtyřúhelníkový jednotková buňka s 30 atomy. CrFe je typická slitina krystalizace ve fázi σ při ekviatomickém složení. S fyzikálními vlastnostmi nastavitelnými na základě jeho strukturních složek nebo jeho chemického složení poskytla danou strukturu.

Fáze μ má ideální A6B7 stechiometrie s prototypem W.6Fe7, obsahující kosodélník buňka s 13 atomy. Zatímco bylo identifikováno mnoho dalších typů slitin Frank-Kasper, stále se jich najde více. Slitina Nb10Ni9Al3 je prototyp pro M fázi. Má to ortorombický vesmírná skupina s 52 atomy na jednotku buňky. Slitina Cr9Mo21Ni20 je prototypem P-fáze. Má primitivní ortorombickou buňku s 56 atomy. Slitina Co5Cr2Mo3 je prototypem fáze R, která patří do kosodélníkové vesmírné skupiny s 53 atomy na buňku.[5][6]

Aplikace

Materiály FK fáze byly zdůrazněny pro svou vysokoteplotní strukturu a jako supravodivé materiály. Jejich složitá a často nestechiometrická struktura z nich činí dobré předměty pro teoretické výpočty. A15, Laves a σ jsou nejpoužívanější struktury FK se zajímavými základními vlastnostmi. Sloučeniny A15 tvoří důležité intermetalické sloučeniny supravodič s hlavními aplikacemi v materiálech používaných v drátech pro supravodivost, jako jsou: Nb3Sn, Nb3Zr a Nb3Ti. Většina supravodivých magnetů je vyrobena z Nb3Slitina Ti.[7]Malý rozsah σ fáze značně snižuje flexibilitu a narušení eroze odpor. Při přidání žáruvzdorných prvků jako Ž, Mo Nebo fáze Re na FK pomáhají zlepšit tepelné vlastnosti slitin, jako jsou oceli nebo nikl superslitiny zvyšuje riziko nežádoucích srážek v intermetalických sloučeninách.[8]

Viz také

Reference

  1. ^ Frank, F. C .; Kasper, J. S. (10.03.1958). "Složité slitinové struktury považované za koule. I. Definice a základní principy". Acta Crystallographica. Mezinárodní unie krystalografie (IUCr). 11 (3): 184–190. doi:10,1107 / s0365110x58000487. ISSN  0365-110X.
  2. ^ Frank, F. C .; Kasper, J. S. (10.09.1959). „Složité slitinové struktury považované za koule. II. Analýza a klasifikace reprezentativních struktur“. Acta Crystallographica. Mezinárodní unie krystalografie (IUCr). 12 (7): 483–499. doi:10,1107 / s0365110x59001499. ISSN  0365-110X.
  3. ^ Joubert, J. M .; Crivello, J. C. (2012). „Nestechiometrie a Calphadovo modelování Frank-Kasperových fází“. Aplikované vědy. 2 (4): 669. doi:10,3390 / aplikace2030669.
  4. ^ Berne, C .; Sluiter, M .; Pasturel, A. (2002). "Teoretický přístup k fázové volbě v žáruvzdorných kovech a slitinách". Journal of Alloys and Compounds. 334 (1–2): 27–33. doi:10.1016 / S0925-8388 (01) 01773-X.
  5. ^ Graef, M.D .; Henry, M.E. (2007) Struktura materiálů, Úvod do krystalografie, difrakce a symetrie. Cambridge University Press. ISBN  1107005876. 518–536
  6. ^ Frank, F. C .; Kasper, J. S. (1958). "Složité slitinové struktury považované za koule. I. Definice a základní principy". Acta Crystallographica. 11 (3): 184. doi:10.1107 / S0365110X58000487.
  7. ^ Sadoc, J.F .; Mosseri, R. (1999) Geometrická frustrace. Cambridge University Press. ISBN  9780511599934. str. 159–162
  8. ^ Crivello, J. C .; Breidi, A; Joubert, J. M. (2013). „Χ a σ fáze v binárních systémech rhenia a přechodných kovů: systematické zkoumání prvních principů“. Anorganická chemie. 52 (7): 3674–86. doi:10.1021 / ic302142w. PMID  23477863.