CC BY
2ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНТРОПИЙНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТРУКТУРНОЙ УПОРЯДОЧЕННОСТИ, РЕЛАКСАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ И СТЕКЛООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКОЛ И ИХ РАСПЛАВОВ
Макаров А.С.1, Афонин Г.В.1, Кончаков Р.А.1, Кобелев Н.П.2, Хоник В.А.1
1 Воронежский госпедуниверситет, г. Воронеж, Россия 2Институт физики твердого тела РАН, г. Черноголовка, Россия E-mail [email protected]
Энтропия является универсальной мерой беспорядка в физических системах. Первые сообщения об использовании энтропии для оценки свойств металлических стекол (МС) появились в конце 90-х годов прошлого века. При этом, как правило, выполнялись расчеты избыточной энтропии по отношению к переохлажденному расплаву, а полученные результаты использовались в основном для оценки его стеклообразующей способности. Недавно нами был сформулирован способ определения избыточной энтропии АБ стекла в твердом состоянии по отношению к материнскому кристаллу (Makarov et а1. J.Phys.Cond. Matter 33 (2021) 435701) при температурах от комнатной до полной кристаллизации. Метод основан на результатах калориметрических исследований стекла и его материнского
кристалла. Температурная зависимость Д5 рассчитывается как АБ(Т) = 1 ¿Т, где
А№ = №дх — Шсг - дифференциальный тепловой поток, и Шсг - тепловые потоки от образца стекла и того же образца после полной кристаллизации, соответственно, определяемые дифференциальной сканирующей калориметрией, Т - скорость нагрева и Тсг - температура полной кристаллизации. Видно, что если температура достигает Тсг, то АБ становится равной нулю и, таким образом, функция АБ(Т) представляет собой избыточную энтропию стекла по отношению к материнскому кристаллу. Избыточная энтропия АБ в такой формулировке введена впервые и ее использование дало следующие результаты.
1. Определен безразмерный параметр структурного порядка % (Т) = 1 — АБ(Т)/АБтеи, где АБтеи - энтропия плавления. Параметр порядка изменяется в пределах 0 < % < 1 при изменении структуры от полностью разупорядоченной (жидкоподобной), для которой Д5 ^ АБтец^ и ^ ^ 0, до полностью упорядоченной (кристаллоподобной), характеризуемой АБ ^ 0 и % ^ 1. Определены температурные зависимости параметра порядка %(Т) для большого числа металлических и теллуритных стекол.
2. Показано, что параметр структурного порядка % во всех случаях значительно растет в результате структурной релаксации стекла.
3. Установлено, что параметр % в состоянии переохлажденной жидкости коррелирует со стеклообразующей способностью расплава, оцениваемой различными способами.
4. Показано, что избыточная энтропия стекла АБ в состоянии переохлажденной жидкости также коррелирует со стеклообразующей способностью расплава.
5. Установлено, что МС с наибольшей «энтропией смешения» соответствуют стеклам с наименьшей избыточной энтропией АБ по отношению к материнскому кристаллу.
Таким образом, избыточная энтропия стекла по отношению к материнскому кристаллу является важным информативным термодинамическим параметром, позволяющим оценивать структурный порядок в различных стеклах, его эволюцию при термообработке и стеклообразующую способность материнского расплава.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ, проект № 23-12-00162.
