The Grüneisen Parameter and the Apparent Part of the General Measure of Anharmonicity of Solid Solutions of the Fe-Ni System

Abstract

Високотемпературним рентгенографічним методом за допомогою камери КРОС досліджені температурна та концентраційна залежності нанометричного параметра кристалічної ґратки сплавів системи Fe-Ni в діапазоні 293-973 K. Досліджена зміна рентгенівської характеристичної температури Дебая, узагальнююча міра ангармонізму, її неявна та явна частини, параметр Грюнайзена. Пояснюються розбіжності значень окремих сплавів та середніх їх значень. Частина результатів дослідження представлена аналітично, а інша – графічно. Характер температурних і концентраційних змін корелюється між собою. Досліджено, що у інварних сплавів (35-35,6 ат. % Ni) коефіцієнт лінійного розширення є незначним, а у суперінварних сплавів (42-48 ат. % Ni) коефіцієнт лінійного розширення майже постійний в межах 273-5730 K. У зв’язку з такими особливостями передбачалась можливість оцінити величину явної частини міри ангармонізму, зумовлену зростанням температури зразка. За кросограмами досліджувались температурні залежності періоду кристалічної гратки і логарифму відносної інтегральної інтенсивності дифракційних максимумів відбивання при кімнатній температурі та при вищих температурах. За методом Чіпмана з врахуванням поправки на теплове дифузне розсіювання визначалась температурна залежність ефективної рентгенівської характеристичної температури. Досліджено, що температурна залежність дійсного коефіцієнта лінійного розширення пермалойних сплавів зі значним вмістом Ni за величиною і характером подібна. Для інварних сплавів вона значно відрізняється і за величиною і за характером від пермалойних сплавів. Обгрунтована перспектива застосування високотемпературного рентгенівського методу визначення параметра Грюнайзена при вивченні структури та міжатомних зв’язків феромагнітних твердих тіл.

The temperature and concentration dependences of the nanometric parameter of crystal lattice of Fe-Ni alloys in the range of 293-973 K were studied with the high-temperature X-ray diffraction method using the "CROS"-type camera. The change of the Debye's X-ray characteristic temperature, the general measure of anharmonicity, it's implicit and explicit parts, the Grüneisen parameter were investigated. The discrepancy between the individual values and the mean values of the Grüneisen parameter was explained. One part of the research results was presented analytically and the other was presented graphically. The nature of temperature and concentration changes correlate with each other. It was investigated that for invar alloys (35- 35.6 at. % Ni) the linear expansion coefficient is small, and for super invar alloys (42-48 at. % Ni) the coefficient of linear expansion is almost constant in the range of 273-573 K. In connection with these features, it was foreseen to estimate the value of the explicit part of anharmonicity measure, due to the growth of sample temperature. The temperature dependence of the lattice constant and the logarithm of the relative integral intensity of diffraction peaks reflection were investigated at room temperature and at higher temperatures. By the Chipman's method, taking into account the correction on thermal diffusive scattering, the temperature dependence of the effective X-ray characteristic temperature was determined. It was investigated that the temperature dependence of the actual coefficient of linear expansion of permalloy alloys is similar in magnitude and character. For invar alloys it differs significantly in magnitude and in character from permalloy alloys. The prospect of using a high-temperature X-ray method for determining the Grüneisen parameter in studying the structure and interatomic bonds of ferromagnetic solids was substantiated.