Röntgenbeugungsuntersuchungen an schmelzflüssigen Aluminium-Zinn-Legierungen im Weitwinkelbereich unter besonderer Berücksichtigung von Clusterbildung

Abstract

Seven Al-Sn-alloys (3 up to 30 a/o Sn) were investigated by means of X-ray wide angle scattering experiments. Furthermore, the intensity curves were measured at very small scattering angles using a special apparatus. Thereby an increase of scattered intensity towards the primary beam could be observed. This small angle scattering shows the existence of clusters in these melts. By a Fourier-transform from the intensity curves electron distribution curves were obtained, which yielded the area below the first maximum, i.e., the atomic numbern ^I in the first coordination sphere and the distancer ^I of the first maximum from the origin.

Formerly published results of small angle scattering measurements showed the existence of clusters within these melts with diameters up to 10 Å. At that time the question could not be answered, whether these clusters consist of Sn- or Al-atoms only. During the course of this work it could be decided that the clusters consist of Sn-atoms only. This follows from the discussion ofn ^I,r ^I and the short range order parameterα in terms of a so-called cluster model. This method allows to decide between the different kinds of segregation, from macroscopic segregation to microsegregation. The treatment shown in the paper is not only applicable for melts, but also for amorphous solids.

Zusammenfassung

Mit Röntgenstrahlen wurden Weitwinkelstreuversuche an sieben Al-Sn-Legierungen mit Sn-Gehalten von 3 bis 30 At.-% durchgeführt. Die Intensitätskurven wurden außerdem erstmals mit einer speziellen Apparatur bis zu sehr kleinen Streuwinkeln vermessen, wobei ein Anstieg der Streuintensitäten zum Primärstrahl hin festzustellen war. Diese Kleinwinkelstreuung deutet auf das Vorliegen von Clustern in diesen Schmelzen. Durch Fouriertransformation wurden aus den Intensitätskurven Elektronenverteilungskurven gewonnen, denen die Fläche unter dem ersten Maximum, d.h. die Atomzahln ^I in der ersten Koordinationssphäre und der Abstandr ^I des ersten Maximums vom Ursprung entommen werden kann.

Aus den früher publizierten Kleinwinkelmessungen ging hervor, daß in den Schmelzen dieses Systems Cluster mit bis zu 10 Å Durchmesser bestehen, offen blieb damals lediglich die Frage, ob diese Cluster nur aus Sn- oder nur aus Al-Atomen bestehen. In vorliegender Arbeit wird nun mit Hilfe eines an anderer Stelle publizierten Clustermodelles entschieden, daß die Cluster lediglich aus Sn-Atomen bestehen. Dieser Schluß ergibt sich aus der Diskussion vonn ^I,r ^I und dem Nahordnungsparameterα, wobei es nötig war, alle drei Größen für verschiedene Atomzahlen in den Teilchen theoretisch zu berechnen und mit dem Experiment zu vergleichen. Dabei zeigte sich, daß mit Hilfe dieser Methoden sehr wohl zwischen den verschiedenen Graden der Entmischung, also von der (atomaren) Nahentmischung bis zur (makroskopischen) Grobentmischung entschieden werden kann. Außerdem ist die Angabe von Nahordnungsparametern nur sinnvoll bei einer gleichzeitigen Aussage über die Teilchengröße. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die hier durchgeführten Betrachtungen nicht nur für Metallschmelzen, sondern auch für feste amorphe Stoffe gelten.