Главная » 2014»Июнь»25 » Скачать Термодинамические условия образования пространственно-периодических структур в эвтектических системах. Калашников, Евгений бесплатно
0:39 AM
Скачать Термодинамические условия образования пространственно-периодических структур в эвтектических системах. Калашников, Евгений бесплатно
Термодинамические условия образования пространственно-периодических структур в эвтектических системах
Диссертация
Автор: Калашников, Евгений Владимирович
Название: Термодинамические условия образования пространственно-периодических структур в эвтектических системах
Справка: Калашников, Евгений Владимирович. Термодинамические условия образования пространственно-периодических структур в эвтектических системах : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.07 Ленинград, 1984 176 c. : 61 85-1/2512
Объем: 176 стр.
Информация: Ленинград, 1984
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ВЫВОД ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ ЖИДКОЙ ПОДСИСТЕМЫ ДЛЯ БИНАРНЫХ ДИАГРАММ
АГРЕГАТНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ С УГЛОВОЙ ТОЧКОЙ Ю
11 Характер поведения жидкой подсистемы эвтектических систем (обзор теоретических и экспериментальных работ) //
12 Расчет купола распада и спинодали для жидкого состояния эвтектических систем /У
121 Уточнение термодинамического потенциала
122 Анализ диаграммы состояний
123 Купол распада и спинодаль з
13 Обобщение представлений о различных термодинамических состояниях в жидкой подсистеме на сложные диаграммы агрегатных превращений
131 Топологическая эквивалентность диаграмм с угловой точкой на линии ликвидус
132 Однозначная связь значений температуры линии ликвидус с термодинамическими состояниями жидкой подсистемы
•Выводы
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР И МОНОКРИСТАЛЛОВ
ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ ^
21 Получение структур при переходе "жидкость - твердое тело" для систем с эвтектической диаграммой состояний (обзор) ЬН
211 Пространственно-периодические структуры
212 Рост монокристаллов из жидкого раствора (растворный метод) 5"У
213 Стеклообразование и аморфизация
22 Спинодальный распад и возникновение пространственно-периодических структур &
221 Возникновение пространственно-периодических структур в жидкости
222 Селекция пространственно-периодических структур при затвердевании Я
23 Влияние областей различной термодинамической устойчивости в жидкой подсистеме на рост монокристаллов
231 Анализ граничных значений термодинамического потенциала
232 Взаимосвязь формы термодинамического потенциала с условиями роста монокристаллов ^о
Выводы
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР И ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РОСТА МОНОКРИСТАЛЛОВ, СИНТЕЗИРУЕМЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В РАСТВОРЕ-РАСПЛАВЕ,
НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМ: СсП&-В1}С(1Те-Те;ШТё-СЯ
31 Методика исследования и эксперимента
311 Расчеты областей разной термодинамической устойчивости для системСвТе^ШТе-ТеСИЪ'Ш
312 Режимы охлаждения, закалки, нагрева и контроль температуры
32 Образование пространственно-периодических структур и исследование условий кристаллизации вырожденных эвтектических систем 9ь
321 Система Сс1Те-Те
322 Система Сс/Те-СЯ
323 Система Ш
33 Исследование роста монокристаллов 01 Те с учетом различных температуряо-концентрационных областей в квазибинарных системах ШТе-Ъ(В1)
331 Исследование процессов массовой кристаллизации ?
332 Методика исследования шлифов Ш
34 Исследование возможности концентрирования в капилляре (формообразователе) растворенного в металлическом расплаве вещества У2/
Выводы 42?
4 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 42
41 Возможность уточнения расчета различных термодинамических состояний жидкой подсистемы
42 Необходимость учета существования купола распада и спинодали в жидкой подсистеме для управления структурой твердого тела ^
43 Особенности влияния режимов затвердевания при образовании ПП-структуры
44 Перспективы исследования
Введение:
Актуальность темы» Выращивание монокристаллических структур химических соединений или пространственно-периодических структур в виде кристаллических слоев (пластин, волокон) химических соединений, чередующихся с простыми металлами или полупроводниками, является одной из важнейших задач физики твердого тела. Решение этой задачи может обеспечить получение твердых тел с наперед заданными свойствами: механическими, магнитными, электрическими, оптическими и другими.
Для получения твердых тел с разной структурой важно знать условия, при которых образование из жидкости каждой из таких структур было бы наиболее выгодным для самой системы.
Обычно эти условия находят эмпирически, проводя огромную работу по поиску составов и режимов затвердевания от системы к системе. Традиционный же теоретический подход в объяснении наблюдаемых явлений при затвердевании учитывает процессы нуклеации (зародышеобразования) только в переходе "жидкость-твердое тело" и не принимает во внимание возможных превращений в самой жидкости. При этом, как правило, причины образования в одной и той же системе пространственно-периодических и стеклообразных структур или рост монокристаллов рассматриваются вне связи друг с другом и без учета строения жидкости, по-разному зависящего от состава. Такой подход, во-первых, не дает правильного объяснения наблюдаемых процессов образования различных структур твердых тел, а во-вторых, не позволяет прогнозировать их образование в различных системах, в том числе, и в системах, образованных химически агрессивными веществами при высоких температурах.
Поэтому актуальной проблемой является:
1. Выяснение взаимосвязи между структурой закристаллизованного твердого тела и структурой жидкого состояния. Выявление такой связи возможно на основе более детального рассмотрения и анализа диаграмм состояний. Наиболее распространенными, интересными и важными в практическом отношении для получения различных структур твердого тела являются системы, описываемые диаграммами эвтектического и перитектического типа.
2. Исследование возможности управлять структурой кристаллизуемого твердого тела на основе взаимосвязи жидкой и твердой подсистем, то есть выращивать либо определенное вещество в виде монокристалла, либо пространственно-периодическую структуру, которая ранее могла быть неизвестной.
В связи с этим представляется целесообразным единый подход к образованию различных структур твердого тела на основе определения и учета возможных состояний жидкой подсистемы.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное изучение условий образования твердого тела в системе МЕТАЛЛ (ПОЛУПРОВОДНИК)--ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ с пространственно-периодической или с монокристаллической структурой.
Конкретными задачами исследования являются: а). Уточнение вида термодинамического потенциала в зависимости от состава и температуры в жидкой подсистеме. Теоретический анализ и расчет областей с разной степенью устойчивости термодинамических состояний и обобщение представлений об областях устойчивости на различные виды диаграмм состояний. б). Теоретическое обоснование условий образования пространен венно-периодических структур и монокристаллов химических соединений в двухкомпонентных системах с учетом метастабильных и лабильных состояний жидкой подсистемы.
•7в). Экспериментальное определение условий образования пространственно-периодических структур в системах металл (полупроводник) - химическое соединение. г). Определение областей устойчивого роста монокристаллов химического соединения при массовой кристаллизации и условий выделения этого соединения из раствора-расплава в системах металл (полупроводник) - химическое соединение на примере системы Сс1Те-В1.
Объекты исследования. В качестве объектов исследования для получения монокристаллов и пространственно-периодических структур были выбраны модельные системы
Основные выводы работы были проверены при получении твердых тел с пространственно-периодической структурой в системах Сс(Те -СЫ л Сс(Те-Те 10ЛТе.—В>{ , а также с монокристаллической структурой соединения Сх!Ъ. шСа/Те -Те и Со/Те-Вс .
Научная новизна. Впервые найдена аналитическая связь между особенностями деталей строения 2- и 3-компонентных диаграмм состояний, описывающих агрегатные превращения с термодинамическими состояниями жидкой подсистемы. Найдены области этих термодинамических состояний с разной степенью устойчивости, разграниченные куполом распада и спинодалью. Доказана топологическая эквивалентность диаграмм состояний, для которых линия ликвидус имеет угловую точку (точку эвтектики или перитектики), вне зависимости от того,какими исходными компонентами эта диаграмма образована - химическими соединениями или чистыми элементами. Впервые показано, что способность таких систем давать при затвердевании пространственно-периодические структуры определяется областью составов, захваченных спинодалью, а склонность к аморфизации - метастабильны-ми состояниями.
Экспериментально подтверждены установленные теоретически условия выхода химического соединения из раствора и обнаружено скачкообразное изменение смачиваемости капилляра в зависимости от состава. Найдены условия устойчивого роста формы монокристаллов в растворном методе и определено, что совершенство монокристаллов тем выше, чем выше работа образования зародыша, которая, как установлено, является функцией состава.
Практическое значение. В результате исследования получены сведения об условиях, необходимых для образования пространственно-периодических структур, совершенных монокристаллов химических соединений и выделения химического соединения из жидкого раствора. В частности: образование пространственно-периодических структур возможно только при составах захваченных спинодалью жидкой подсистемы; выделение химического соединения из жидкого раствора и рост совершенных монокристаллов соединения - при составах, соответствующих куполу распада.
Защищаемые положения.
1. Области различной термодинамической устойчивости в жидкой подсистеме, определяемые куполом распада и спинодалью, существуют для всех систем, у которых на диаграммах агрегатных равновесий на линии ликвидус содержится угловая точка (эвтектики или перитектики).
2. Учет областей с различной термодинамической устойчивостью в жидком состоянии разных систем позволяет предсказывать и определять условия получения твердых тел с заранее заданной структурой.
3. Склонность системы образовывать пространственно-периодическую структуру определяется областью составов захваченных спинодалью жидкой подсистемы.
4-. Возможность получения в системе совершенных монокристаллов химического соединения, а также выделение соединения из жидкого раствора-расплава определяется составами и температурой, соответствующих кривой купола распада.
5. Совершенство формы монокристалла тем выше, чем выше величина работы образования зародыша.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены и обсуждены на Всесоюзной научной конференции по исследованию структуры аморфных металлических сплавов (Москва, 1980 г.)» на 1У Всесоюзном семинаре по получению, структурам и свойствам направленно-кристаллизованных эвтектик (Ленинград, 1980 г.), на Всесоюзном научном семинаре по аморфным металлам и сплавам (Донецк, 1981 г.), на II Всесоюзной научной конференции по закономерностям формирования структуры эвтектического типа (Днепропетровск, 1982 г.), на IX Всесоюзном совещании по получению профилированных кристаллов способом Степанова (Ленинград, 1982 г.), на У Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических расплавов (Свердловск, 1983 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, основных выводов, списка цитированной литературы (/33 источников) и приложения. Она содержит страниц машинописного текста, 5" таблиц и рисунков.
