2.5 Методики рентгеноструктурного аналізу

Рентгеноструктурні дослідження порошкових і полікристалічних зразків проводились з використанням рентгенівського дифрактометр ДРОН-3. Зйомку на рентгенівському дифрактометрі проводили в CuK-випромінюванні при температурі 25⁰С в дискретному режимі. Визначались період кристалічної гратки фаз композиту і параметри дислокаційної структури КНБ (мікроспотворень кристалічної гратки, розміру блоків когерентного розсіювання).

Алгоритм програми визначення параметрів тонкої кристалічної структури за уширенням ліній рентгенодифракційного спектру складали методи гармонійного аналізу і апроксимації, а еталоном сфалеритного нітриду бору був порошок Borazon-500. Проводили визначення розміру блоків когерентного розсіювання, мікроспотворень кристалічної гратки BN_сф та щільності дислокацій в структурі BN_сф.

Розрахунки щільності дислокацій за даними аналізу уширення ліній рентгенодифракційних спектрів виконували декількома методами. Найбільш простим розрахунком щільності дислокацій в полікристалах, незалежно від типу їх кристалічної структури, систем ковзання і т.д., вважають залежність (2.6):

_D = 3/D² (2.6)

де _D - щільність дислокацій, визначена за лінійним розміром ОКР (D).

Така залежність виходить з простої схеми - всі дислокації розташовані "в стінках", що створює просту ячеїсту структуру з малокутовою розорієнтацією, а рентгенодифракційний ефект - когерентне розсіювання рентгенівського випромінювання. В деформаційно зміцнених структурах BN_сф по порядку величини _D = 10¹¹-10¹² см^-2.

Наслідком деформаційного зміцнення є також утворення деформацій згину в елементах структури - мікроспотворень кристалічної гратки, що приводить до мікронапруг (напруг 2-го роду). Мікроспотворення в BN_сф по порядку величини складають d/d=10^-4 - 10^-3 , а мікронапруги 2-го роду ₂=0,1-1 ГПа. ₂=3Кd/d. Тут К- модуль об'ємного стискування; для BN_сф: К=330 ГПа.

Вільямсон і Смолмен проаналізували характер систем ковзання і дислокаційних перетворень в матеріалах з кристалічною граткою ГЦК і запропонували розрахунок щільності дислокацій вести за двома параметрами, отриманими XRD-аналізом:

_D = 3n/D² (2.7)

де n- число дислокацій на поверхні БКР; в структурах відпалу і в структурах з полями дальнодіючих напруг дислокацій n= 1.

_Z = (K/F) (2d/d)²/b² (2.8)

де b - вектор Бюргерса, F - фактор, що залежить від зміни пружної енергії одиничної дислокації при взаємодії з полем напруг в кристалі; в полі дальнодіючих дислокацій F=1. Розрахунок коефіцієнту К більш складний, бо крім пружних сталих (Е- модуль Юнга,  - коефіцієнт Пуасона) враховується структура ядра дислокації (r₀/r): К = 6ЕА/ ln (r₀/r). К=16,1, якщо ковзання відбувається в системі {111}<110>. Така система ковзання є основною для BN_сф.

Середню щільність дислокацій в кристалі зі структурою ГЦК можна рахувати за формулою (2.9):

(2.9)

В таблиці 2.11 і 2.12 приведені дані рентгенгеноструктурного аналізу, де показано фазовий склад композитів ( якісний, за інтенсивностю рентгенівських ліній) та структурний тип і параметри кристалічної гратки кожної з фаз композиту для кожної групи зразків ( зразків, одержаних з однакової шихти).

В таблиці 2.13 приведені дані реальної кристалічної структури для основної фази композиту КНБ.

Результати фазового аналізу свідчать про протікання хімічних реакцій при спіканні композитів, тобто ми маємо справу з реакційним спіканням.

Таблиця 2.11 - Якісний фазовий склад композитів ( за інтенсивністю рентгенівських ліній)

№ шихти	%BN	%Al	%ZrN	%AlN	%ZrB2	%AlB2	%Al2O3
1	89	-	-	10	-	0,1	0,9
2	72	-	6	10	11	-	-
3	60	-	8	10	21	0,1	-
4	54	-	9	7	30	-	-
5	41	2	20	6	31	-	-
6	39	2	19	7	33	-	-

Таблиця 2.12 - Параметри кристалічної гратки та тип структури фаз у дослідних композитах

№ шихти	Спо-лука	Тип стр-ри	Період гратки
			a, нм	b, нм	c, нм
1	BN	F-43m	0,36158(3)	0,36158(3)	0,36158(3)	1,0005
	AlN	P63mc	0,31090(1)	0,31090(1)	0,49692(4)	1,0382
	AlB2	P6/mmm	0,30186(20)	0,30186(20)	0,32385(14)	0,9991
2	BN	F-43m	0,36146(6)	0,36146(6)	0,36146(6)	0,9995
	ZrN	Fm3m	0,45697(5)	0,45697(5)	0,45697(5)	1,0218
	ZrB2	P6/mmm	0,31645(7)	0,31645(7)	0,35195(6)	0,9919
	AlN	P63mc	0,31107(4)	0,31107(4)	0,49725(11)	1,0401
3	BN	F-43m	0,36150(9)	0,36150(9)	0,36150(9)	0,9998
	ZrN	Fm3m	0,45708(3)	0,45708(3)	0,45708(3)	1,0225
	AlN	P63mc	0,31109(2)	0,31109(2)	0,49717(7)	1,0400
	ZrB2	P6/mmm	0,31637(5)	0,31637(5)	0,35191(4)	0,9913
	AlB2	P6/mmm	0,30100(0)	0,30100(0)	0,32500(0)	0,9970
4	BN	F-43m	0,36157(13)	0,36157(13)	0,36157(13)	1,0004
	ZrB2	P6/mmm	0,31602(2)	0,31602(2)	0,35210(4)	0,9897
	ZrN	Fm3m	0,46155(10)	0,46155(10)	0,46155(10)	1,0528
	AlN	P63mc	0,31112(2)	0,31112(2)	0,49733(5)	1,0406
5	BN	F-43m	0,36152(6)	0,36152(6)	0,36152(6)	1,0000
	ZrN	Fm3m	0,45709(5)	0,45709(5)	0,45709(5)	1,0226
	ZrB2	P6/mmm	0,31647(4)	0,31647(4)	0,35196(6)	0,9921
	AlN	P63mc	0,31103(7)	0,31103(7)	0,49708(13)	1,0394
	Al	Fm3m	0,40490(0)	0,40490(0)	0,40490(0)	0,9996
6	BN	F-43m	0,36160(8)	0,36160(8)	0,36160(8)	1,0007
	ZrN	Fm3m	0,45716(11)	0,45716(11)	0,45716(11)	1,0231
	ZrB2	P6/mmm	0,31653(3)	0,31653(3)	0,35205(3)	0,9927
	AlN	P63mc	0,31117(4)	0,31117(4)	0,49710(8)	1,0404
	Al	Fm3m	0,40490(12)	0,40490(12)	0,40490(12)	0,9996

Таблиця 2.13 - Характеристики фази КНБ в композитах

№ композиту	1	2	6
Розмір блоків, нм	21,0(16)*	29,1(21)	44,9(73)
Мікроспотворення, 10-3	1,01(15)	0,68(9)	-
**,1011см-2	5,9	3,3	1,5

*) В дужках – похибка в останній цифрі.