REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Doktorska disertacija obravnava temeljne lastnosti kovinskih stekel (KS) z vsebnostjo redkih zemelj (RZ) Ce in Gd, ki sicer pripadata isti skupini RZ kemijskih elementov, vendar pa se njune elektronske in magnetne lastnosti močno razlikujejo. S tem osnovnim vedenjem je bil namen doktorske disertacije študij vpliva količine dodatkov Ce oz. Gd na spremenjene lastnosti osnovnih zlitin, ki smo jih obravnavali. Pri tem je bil pomemben vpliv medsebojnega razmerja med Al in RZ v kovinskem steklu, ki smo ga raziskovali. Bistven del doktorskega dela je bila karakterizacija strukture in magnetnih lastnosti, saj struktura ključno vpliva na lastnosti novega materiala.
Sestava kvartarnih struktur KS, poleg Ce ali Gd, vsebuje tudi Al, Fe in Cu. Tvorba novih zlitin temelji na spreminjanju deleža x med Al in RZ, kjer je x=RZ/(RZ+Al). Vpliv tega deleža se odraža na spremenjeni strukturi in mikrostrukturi, spremenijo se toplotne in magnetne lastnosti. Zlitine s steklasto strukturo nastanejo v vseh preiskovanih vzorcih, kljub temu pa obstaja razlika v zmožnosti vitrifikacije med posameznimi sestavami zlitin. Nekateri vzorci so popolnoma steklasti, medtem ko drugi predstavljajo kompozit v matrici kovinskega stekla.
S prilagajanjem deleža x k sestavi, bližji evtektiku v binarnem diagramu Al-Ce, se sposobnost vitrifikacije Ce zlitin močno poveča. Popolnoma steklasto mikrostrukturo smo potrdili z uporabo transmisijske elektronske mikroskopije (TEM). Posnetek mikrostrukture brez opaznih kristalitov in difuzni SAED obroč dokazujeta popolno amorfnost dobljene zlitine. Temperatura steklastega prehoda (Tg) v Ce zlitinah se pojavi že pri 350 K, kar predstavlja eno najnižjih Tg v KS nasploh. Z zamikom 10–50 K nastopi še temperatura kristalizacije (Tx). Magnetizem Ce zlitin pri sobni temperaturi kaže paramagnetno stanje. Lokalna atomska struktura, pojav kristalitov in pripadajoča sestava nimajo močnega vpliva na magnetizacijo, ki se giblje v območju 0,3–0,5 emu/g. Pri nizkih temperaturah kaže magnetizem Ce-zlitine z x=0,75 prehod iz paramagnetnega (PM) v antiferomagnetno (AFM) stanje, opažamo tudi lastnosti, ki so značilne za spinska stekla.
Pri zlitinah, ki vsebujejo Gd, smo v primerjavi s Ce zlitinami opazili strukture z manjšo vsebnostjo steklaste faze. Razlog za to je ≈300 K višja temperatura taline v diagramu Al-Gd. Opazovanje mikrostrukture s TEM na atomski ravni potrjuje prisotnost kristalov v steklasti matrici. Temperaturi Tg in Tx sta v primerjavi s Ce zlitinami višji, kar sovpada z višjim tališčem Gd. Magnetne lastnosti Gd zlitin pri sobni temperaturi se spremenijo iz PM v feromagnetno ali tudi superparamagnetno stanje, magnetizacija pa se poveča s ≈4 emu/g na ≈16 emu/g. Magnetno obnašanje PM vzorcev pri nizkih temperaturah se spremeni v AFM, prav tako pa se pojavljajo posebnosti, značilne za spinska stekla. Vzrok za te spremembe je lokalna atomska struktura stekla z redom kratkega dosega, kjer pride do izrazite magnetne sklopitve med magnetnimi momenti.
Poleg spremembe deleža x smo v Ce zlitinah spreminjali tudi delež y=Fe/(Fe+Cu) med kovinama. ki se ne mešata. Izrazito steklasto strukturo smo opazili v zlitinah, bogatih s Cu. Magnetizacija zlitin je bila bolj izrazita v primeru zlitin z več Fe.
Steklaste trakce Ce in Gd zlitin smo konsolidirali oz. zgostili v cilindrične vzorce s tehniko sintranja s pulzirajočim tokom v temperaturnem območju steklastega stanja. Pri tem se je struktura stekla ohranila, difuzen vrh v XRD posnetku pa se je razširil zaradi prispevka s strani Ce in Gd trakcev. Tako pripravljeni kompoziti izkazujejo lastnosti obeh osnovnih KS, toplotna analiza in magnetne meritve pa so pokazali, da stekla močneje sledijo obnašanju Gd zlitin.