Подпись:

Основні методи дослідження, програмне забезпечення та інформаційні бази даних

Нижче наведені основні методи, що використовуються нами при проведенні досліджень фазових рівноваг у системах двох перехідних металів з галієм, а також при визначенні кристалічної структури нових, синтезованих вперше, сполук цих систем.

Технологічне і наукове обладнання

Сплави для дослідження виготовляли з чистих металів методом електродугової плавки в середовищі очищеного аргону Для отримання більш однорідних за складом сплавів зливки при виготовленні перевертали та переплавляли  2 - 3 рази. Контроль складу сплавів в основному здійснювали методом зважуванням. В окремих випадках кількісний вміст компонентів контролювали методом локального рентгеноспектрального аналізу (на обладнанні сторонніх організацій).

 

Банки даних кристалічних структур сполук

 та їх дифракційних образів

При розробці нових матеріалів нам, як і більшості інших дослідників, часто приходилося мати справу з ідентифікацією нових, невідомих раніше, фаз, які утворювалися в процесі синтезу. Незалежно від того, яким шляхом цей синтез проводився (будь то дугова плавка, суто хімічна реакція,  реакційне спікання, нанесення покриття, тощо), лише повна інформація про фазовий склад продуктів синтезу сприяє цілеспрямованому коригуванню технологічних параметрів. Таким чином, експресне проведення фазового аналізу матеріалу з ідентифікацією всіх фаз, що утворюються в досліджуваному зразку (в тому числі і фаз, синтезованих вперше), є однією з найважливіших складових як роботи з дослідження фазових рівноваг у нових двох– або багатокомпонентних системах так і роботи при відпрацюванні технології синтезу будь-якого нового матеріалу

Найпростішим шляхом ідентифікації невідомої раніше фази є пошук для неї наявних в літературі структур-аналогів. Для підвищення ефективності і автоматизації пошуку таких даних, на кафедрі фізики металів створена і протягом останніх 30 років систематично поповнюється інформацією база даних кристалічних структур інтерметалічних та неорганічних сполук. На даний час вона містить біля 28000 одиниць інформації для інтерметалічних сполук, халькогенідів, галогенідів, оксидів. Розроблено також програмне забезпечення, яке дозволяє ефективно використовувати цю базу даних при проведенні фазового аналізу (докладніше) та при дослідженні кристалічної структури фаз (докладніше).

Згідно з запропонованою нами методикою пошук можливих структур-аналогів в автоматичному режимі здійснюється шляхом порівняння дифрактограми досліджуваної фази з дифракційним образом кожній з наявних в базі сполук. Тобто, пошук здійснюється порівнянням розташування характерних піків дифрактограм досліджуваної фази та фази банку даних, або, фактично, порівнянням реперних відбиттів цих дифрактограм. Вхідною інформацією для пошуку служить набір дифракційних відбиттів досліджуваної сполуки (положення центрів ваги піків та значення їх інтегральних інтенсивностей), а обєктом пошуку - набір реперних відбиттів сполук бази даних. Пошук можливих структур-аналогів здійснюється в автоматичному режимі за всіма елементами бази даних. При цьому, критерієм відбору структури-аналога з бази даних є фактор розбіжності, який розраховується за аналогічною для структурних розрахунків формулою. При цьому, міжплощинна відстань найсильнішого відбиття сполуки бази даних прирівнюється до міжплощинної відстані найсильнішого відбиття досліджуваної сполуки, а всі інші міжплощинні відстані відбиттів цієї сполуки перерахуються з врахуванням наявного зсуву. Якщо фактор розбіжності не перевищує задане користувачем значення, то образ сполуки-аналогу з бази даних вже в графічному режимі порівнюється з експериментальною дифрактограмою досліджуваної сполуки. І в разі їх збігу, використовуючи повні дані про кристалічні структури структур-аналогів, що були відібрані в результаті пошуку, проводять індексування дифрактограми досліджуваної сполуки, і за методом рентгеноструктурного аналізу провіряють належність її структури до певного структурного типу.

Описаний вище підхід дозволяє значно спростити процедуру визначення кристалічної структури синтезованої вперше сполуки (особливо, якщо вона присутня в продукті синтезу у вигляді додаткової фази), і, як наслідок, в певній мірі скоротити час на оптимізацію технологічних режимів синтезу матеріалу.

 

Рентгендифрактометричні методи дослідження полікристалічних речовин

1

Отримання дифракційних даних та їх первинна обробка. Дифрактограми зразків полікристалічних матеріалів (порошків або шліфів) одержуємо на автоматизованому рентгенівському апараті ДРОН-3 у мідному фільтрованому випромінюванні і обробляємо за методом повно профільного аналізу...докладніше

 

2

Якісний рентгенівський фазовий аналіз проводимо для кожного досліджуваного зразка за розробленим нами комплексом програм докладніше з включеними до нього на програмному рівні двома банками еталонних дифрактограм: стандартного банку PDF-2 та створеного нами банку еталонних дифрактограм  інтерметалідів, оксидів, галогенідів, халькогенідів...докладніше

 

3

Машинне індексування дифрактограм сполук з невідомою елементарною коміркою. Визначити метрику і симетрію елементарної комірки синтезованої вперше сполуки можна із застосуванням машинного методу індексування її дифракційних даних... докладніше

 

4

Визначення і уточнення кристалічної структури. Перевірку кристалічних структур за відомими структурними моделями і побудова методом проб та похибок нових структурних моделей виконується за допомогою комплексу програм [Печарский В.К., Завалий П.Ю., Аксельруд Л.Г. Комплекс программ структурного анализа для УВК СМ-4// Вестн. Львовского ун-та. Сер. химия. –1974. –Вып. 25. –С. 9-11], який адаптовано нами для застосування в рамках автоматизованої системи збирання, обробки та інтерпретації рентгенівських дифракційних даних...докладніше

 

5

Кількісний фазовий аналіз. Розроблений та реалізований нами метод визначення кількісного вмісту фаз в суміші (до шести фазових складових з відомою кристалічною структурою) базується на математичному алгоритмі його уточнення одночасно з параметрами (координатними, коефіцієнтами заповнення атомами відповідних правильних систем точок, тепловими, текстури) кристалічної структури кожної з ідентифікованих фаз...докладніше

 

6

Визначення за даними рентгенівської дифрактометрії переважної орієнтації в покриттях (компактних зразках), що обертаються в процесі зйомки у власній площині...докладніше

7

Визначення за даними рентгенівської дифрактометрії параметрів реальної структури (макронапруг, мікронапруг, розмірів блоків когерентного розсіювання) окремих фазових складових зразка...докладніше

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Як вже було зазначено вище, на кожному етапі відпрацювання технології синтезу нового матеріалу важливим є отримання експресної інформації про кореляцію його якісного та кількісного фазового складу, кристалічної та реальної структури наявних фазових складових з фізичними та експлуатаційними характеристиками продукту синтезу. Таку можливість дає оптимізація методик проведення рентгенівських досліджень. Використання комплексу прикладних програм, укомплектованого інформаційними банками кристалографічних характеристик сполук та їх дифракційних образів, дозволяє за рентгенівськими дифракційними даними проводити якісний та кількісний фазовий аналіз будь якого полікристалічного матеріалу, а також уточняти кристалічну структуру і при необхідності визначати текстуру та параметри тонкої структури кожної фазової складової.

Основні рентгенографічні методи, що застосовуються нами при дослідженні полікристалічних матеріалів, перелічені нижче:

Доц. Марків В.Я. проводить плавку в дуговій печі

Виготовлені сплави запаювали в вакуумовані та заповнені очищеним аргоном кварцові ампули і відпалювали у муфельних печах. Після відпалу сплави гартували у холодній воді з розбиванням ампул.

В разі необхідності досліджували мікроструктуру (мікроскоп МИМ-8) сплавів та визначали температуру їх топлення (метод диференційного термічного аналізу).

Кафедра фізики металів оснащена чотирма апаратами типів ДРОН-3, ДРОН-3М, ДРОН-4, які призначені для проведення рентгеноструктурних та рентгендифрактометричних досліджень полікристалічних речовин. Зйомку проводимо в дискретному режимі з записом отриманої інформації у файл.