Frank–Kasper aşamaları - Frank–Kasper phases
Frank-Kasper (FK) fazları olarak da bilinen topolojik olarak yakın paket ( TCP ) fazları , karmaşık kristalografik yapıları ve fiziksel özellikleri ile bilinen en büyük intermetalik bileşik gruplarından biridir . Periyodik ve periyodik olmayan yapı kombinasyonları nedeniyle, bazı TCP fazları yarı kristaller sınıfına aittir . TCP fazlarının yüksek sıcaklıklı yapısal ve süper iletken malzemeler olarak uygulamaları vurgulanmıştır; bununla birlikte, fiziksel özelliklerinin ayrıntıları için henüz yeterince araştırılmamıştır. Ayrıca, karmaşık ve genellikle stokiyometrik olmayan yapıları, onları teorik hesaplamalar için iyi konular haline getirir.
Tarih
1958'de Frederick C. Frank ve John S. Kasper, birçok karmaşık alaşım yapısını araştıran orijinal çalışmalarında , ikosahedral olmayan ortamların ana iskelet olarak adlandırdıkları ve şimdi sapma lokusu olarak tanımlanan açık uçlu bir ağ oluşturduğunu gösterdiler. . Asimetrik ikosahedrayı daha büyük koordinasyon sayısına ve atomlara sahip diğer çokyüzlüleri kullanarak kristallere paketlemek için bir metodoloji buldular . Bu koordinasyon çokyüzlüleri , topolojik yakın paketlemeyi (TCP) korumak için inşa edilmiştir.
Birim hücre geometrileri sınıflandırması
Tetrahedral birimlere dayalı olarak , FK kristalografik yapılar , çok yüzlüyü merkezleyen atom sayısına göre koordinasyon sayıları (CN) ile gösterilen düşük ve yüksek çokyüzlü gruplar halinde sınıflandırılır . Bazı atomlar , CN12 olarak etiketlenmiş, düşük koordinasyonlu bir ikosahedral yapıya sahiptir. Bazıları, sırasıyla CN14, CN15 ve CN16 olarak etiketlenmiş 14, 15 ve 16 gibi daha yüksek koordinasyon numaralarına sahiptir. Daha yüksek koordinasyon sayılarına sahip bu atomlar, beş katlı ikosahedral simetrinin altı katlı yerel simetri ile değiştirildiği yönler boyunca bağlı kesintisiz ağlar oluşturur.
Klasik FK aşamaları
Bir FK-faz ailesinin en yaygın üyeleri şunlardır: A15 , Laves evreleri , σ, μ, M, P ve R.
A15 aşamaları
A15 fazları, iki B atomunun CN12 çokyüzlü (ikosahedral) ve altı A atomunun CN14 çokyüzlü ile çevrelendiği, birim hücre başına ortalama koordinasyon sayısı (ACN) 13,5 ve sekiz A 3 B stokiyometri atomuna sahip intermetalik alaşımlardır . Nb 3 Ge, A15 yapısına sahip bir süper iletkendir.
Laves aşamaları
Üç Laves fazlar AB ile CN12 ve CN16 polihedrayı oluşan arası bileşiklerdir 2 yaygın MgZn gibi ikili metal sistemlerde görülen stokiyometri, 2 . AB 2 yapılarının küçük çözünürlüğü nedeniyle Laves fazları, bazen geniş bir homojenlik bölgesine sahip olmalarına rağmen, neredeyse çizgi bileşiklerdir.
σ, μ, M, P ve R aşamaları
Sigma (σ) fazı, belirli bir stokiyometrik bileşimi olmayan ve 6,2 ila 7 elektron /atom oranı aralığında oluşan intermetalik bir bileşiktir . 30 atomlu ilkel bir tetragonal birim hücreye sahiptir. CrFe, eş atomlu bileşimde σ fazında kristalleşen tipik bir alaşımdır . Yapısal bileşenlerine göre ayarlanabilen fiziksel özellikleri veya kimyasal bileşimi ile belirli bir yapı sağladı.
μ fazı, 13 atomlu eşkenar dörtgen hücre içeren prototipi W 6 Fe 7 ile ideal bir A 6 B 7 stokiyometrisine sahiptir . Diğer birçok Frank-Kasper alaşım türü tanımlanmış olsa da, daha fazlası bulunmaya devam ediyor. Nb 10 Ni 9 Al 3 alaşımı , M fazının prototipidir. Bu sahip ortorombik birim hücre başına 52 atomlu uzay grubuna. Cr 9 Mo 21 Ni 20 alaşımı , P fazının prototipidir. 56 atomlu ilkel bir ortorombik hücreye sahiptir. Co 5 Cr 2 Mo 3 alaşımı , hücre başına 53 atomlu eşkenar dörtgen uzay grubuna ait olan R-fazının prototipidir.
Uygulamalar
FK fazı malzemeleri, yüksek sıcaklık yapıları ve süper iletken malzemeler olarak belirtilmiştir. Karmaşık ve genellikle stokiyometrik olmayan yapıları, onları teorik hesaplamalar için iyi konular haline getirir. A15, Laves ve σ, ilginç temel özelliklere sahip en uygulanabilir FK yapılarıdır. A15 bileşikleri, Nb 3 Sn, Nb 3 Zr ve Nb 3 Ti gibi süper iletken tellerde kullanılan malzemelerdeki ana uygulamalarla önemli intermetalik süper iletkenler oluşturuyor . Süper iletken mıknatısların çoğu Nb 3 Ti alaşımından yapılmıştır. σ fazının küçük boyutları, esnekliği ve erozyon direncindeki bozulmayı önemli ölçüde azaltır . W , Mo veya Re gibi refrakter elementlerin FK fazlarına eklenmesi, çelikler veya nikel bazlı süper alaşımlar gibi alaşımlarda termal özelliklerin iyileştirilmesine yardımcı olurken, intermetalik bileşiklerde istenmeyen çökelme riskini artırır.