Библиотека диссертаций Украины Полная информационная поддержка
по диссертациям Украины
  Подробная информация Каталог диссертаций Авторам Отзывы
Служба поддержки




Я ищу:
Головна / Фізико-математичні науки / Фізика твердого тіла


Алєксєєчкин Миколa Васильович. Кінетика фазових перетворень при конкурентному утворені декількох фаз. : Дис... канд. наук: 01.04.07 - 2004.



Анотація до роботи:

Алєксєєчкін М.В. Кінетика фазових перетворень при конкурентному утворенні декількох фаз. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 фізика твердого тіла. Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2004.

У дисертації розвинуто новий підхід до опису кінетики затвердіння переохолодженої рідини, заснований на механізмі конкурентного утворення й росту кристалічної і некристалічної фаз. Показано, що полікластерна структура аморфних тіл, що спостерігається на експерименті, отримується як результат переваги об'ємної частки некристалічних зародків (кластерів) над часткою кристалічних. Якісно й кількісно описано процеси фазових перетворень метастабільної кристалічної фази високого тиску ряду сплавів аморфізация й наступна кристалізація; отримано рівняння калоріметричних кривих цих процесів. Проведено узагальнення імовірносно-феноменологічної теорії фазових перетворень на випадок декількох фаз. Запропоновано геометріко-імовірнісний метод для обчислення об'ємних часток конкуруючих фаз; отримано аналітичне рішення задачі в просторах розмірності D>1.

У дисертації здобуто такі результати:

1. Розглянуто задачу узагальнення класичної теорії Колмогорова-Джонсона-Мейла-Аврами на випадок декількох одночасно зростаючих фаз. Описано й оцініно геометричні ефекти, що мають місце при взаємодії зародків й обумовлені розходженням швидкостей росту фаз. Розглянуто наближення незалежних фаз і отримано вирази для об'ємних часток конкуруючих фаз у цьому наближенні при залежних від часу швидкостях зародження й росту. Знайдено функції розподілу зародків за розмірами для кожної з фаз.

2. Розвинутий геометріко-імовірносний метод для обчислення об'ємних часток конкуруючих фаз, що, на відміну від підходу Колмогорова, є "диференціальним" як стосовно тимчасової перемінної, так і стосовно просторової. У рамках цього методу одержано вирази для об'ємних часток у різних наближеннях. Одержано оцінки точності наближення незалежних фаз. Показано високу точність цього наближення, як у випадку двох, так і у випадку більшої кількості фаз. Виявлено, що при довільному збільшенні числа фаз погрішність зростає не більше, ніж у два рази.

3. Одержано вирази для об'ємної частки фази, що зароджується на границях зерен, при залежних від часу швидкостях зародження й росту, а також для сферичної та циліндричної форми зародків. З використанням цього виразу одержано рівняння калоріметрічної кривої. Показано, що залежність швидкості росту від часу якісно змінює вид цієї кривої на її висхідній гілці з’являється додатковий пік або злам.

4. Одержано вираз для об'ємних часток двох конкуруючих фаз, що зароджуються на границях зерен; розглянуто два граничних випадки. У першому з них швидкість зародження повільно зростаючої фази багато більше швидкості зародження швидко зростаючої, у другому швидкості зародження обох фаз порівняні. Показано, що у першому випадку результат фазового перетворення визначається повільно зростаючою фазою. У другому випадку асімптотика сумарної частки перетвореної речовини на великих часах визначається швидко зростаючою фазою. Цей результат є наслідком одномірності закону росту на великих часах.

5. Розвинуто підхід конкурентного зародкоутворення для опису кінетики затвердіння переохолодженої рідини, що враховує утворення й ріст некристалічних зародків (кластерів) поряд із кристалічними. Розглянуто термодинамічні аспекти проблеми, одержано вирази для рушійних сил процесів зародкоутворення й поверхневих натягів зародків різних типів. Одержано вирази для швидкостей зародження й росту конкуруючих фаз.

6. Проведено розрахунок кінетики затвердіння переохолодженої рідини при фіксованій температурі. Отримано явну залежність від температури об'ємних часток конкуруючих фаз у кінцевому стані. Таким шляхом установлени температурні області утворення кристалічного, аморфного й змішаного аморфно-кристалічного твердого тіла. Розглянуто випадки як двох, так і більшого числа конкуруючих фаз.

7. Розглянуто кінетику затвердіння рідини, охолоджуваної з постійною швидкістю. Проведено чисельний розрахунок значень об'ємних часток кристалічної та аморфної фаз при різних швидкостях охолодження. Отримано залежності об'ємних часток цих фаз у кінцевому стані від швидкості охолодження. Ці залежності дозволяють визначити критичну швидкість охолодження, вище якої рідина перетворюється на поликластерне аморфне тіло.

8. Отримано функції розподілу кристалів і кластерів за розмірами при різних швидкостях охолодження. Вид функцій розподілу також показує, що при швидкостях охолодження більше критичної основна частка речовини знаходиться в некристалічній фазі, а при менших у кристалічної, або частки обох фаз одного порядку (змішаний аморфно-кристалічний стан). Таким чином, встановлено, що структура полікластеру й, зокрема, середній розмір кластеру, істотно залежать від швидкості охолодження.

9. Розглянуто фазові перетворення метастабільної кристалічної фази високого тиску (HP-фази), що відбуваються при нагріванні: аморфізація й наступна кристалізація. Побудовано модель для розрахунку кінетики цих процесів, що враховує можливість конкурентного утворення аморфної та стабільної кристалічної фаз на границях зерен вихідної метастабільної фази. Поряд з обчисленням об'ємних часток аморфної і кристалічної фаз, також отримано рівняння калоріметричних кривих цих процесів, що дозволяє проводити аналіз калоріметричних вимірів. Описано механізм зародження й росту аморфної фази. Проведено порівняння з результатами експериментів. Розрахована калоріметрична крива процесу аморфізації сплаву Cd43Sb57 якісно і кількісно погоджується з експериментальною.

Автор висловлює глибоку вдячність науковому керівнику О.С. Бакаю за пропоновану тему дисертації та підтримку при виконанні роботи, а також А.А. Туркіну і М.П. Лазареву за технічну допомогу.

Публікації автора:

  1. Алексеечкин Н.В., Бакай А.С., Лазарев Н.П. Кинетика затвердевания переохлажденной жидкости при конкурентном образовании нескольких твердотельных фаз // ФНТ. 1995. Т.21, № 5. С. 565-575.

    Алексеечкин Н.В., Бакай А.С., Abromeit C. О кинетике изотермического фазового превращения переохлажденной жидкости // Металлофиз. и новейшие технол. 1998. Т. 20, № 6. С.15-21.

    Алексеечкин Н.В. О вычислении объемных долей конкурирующих фаз // ФТТ. 2000. Т.42, № 7. С. 1316-1321.

    Alekseechkin N.V., Bakai A.S., Abromeit C. On the kinetics of spontaneous amorphization of a metastable crystalline phase // J. Phys.: Condens. Matter. 2001. V. 13. P. 7223-7236.

    Abromeit C., Alekseechkin N.V., Bakai A.S., Lazarev N.P. Theory of spontaneous amorphization of metastable crystalline phases // J. Non-Cryst. Solids. 2002. V. 312-314. P. 527-532 (Proc. 11-th Intern. Conf. on Liquid and Amorphous Metals “LAM 11”, Yokohama, Japan, 2001).

    Alekseechkin N.V., Bakai A.S., Abromeit C. On the kinetics of spontaneous amorphization of a metastable crystalline phase // Proc. Second International Workshop “Diffusion and diffusional phase transformations in alloys” DIFTRANS 2001.Cherkasy (Ukraine). Abstract Booklet. 2001. P.52.