Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

О МЕХАНИЗМЕ В1-В2 ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА В КРИСТАЛЛАХ

Карпенко С.В.

В настоящей работе сделана попытка построить схему реконструктивных фазовых превращений, протекающие в кристаллах под действием высокого давления, опираясь на теорию протекания [1] и гипотезу подобия [2], успешно используемые в теории фазовых переходов второго рода.

Переход из исходной фазы, термодинамически устойчивой при p = 0 T = 0, в фазу высокого давления сопровождается соответственно увеличением плотности или энтропии. Среди классификации полиморфных превращений по каким-либо свойствам: термодина­мическим, кристаллографическим, по номеру координационной сферы, в которой проис­ходит изменение числа узлов и др. [4, 5] имеется и кинетическая классификация. Она с некоторой степенью условности разделяет переходы на быстрые и медленные. Из двух кинетических механизмов фазовых переходов: диффузионного (с активацией отдельных атомных частиц и преодолением энергетических барьеров каждым атомом или молекулой индивидуально) и мартенситного (с кооперативной перестройкой кристаллической решет­ки) каждый из них в зависимости от внешних условий может быть как быстрым, так и медленным. Широкий диапазон изменения давления при фазовом превращении является одним из свидетельств сложности кинетики перехода, при которой мартенситная пере­стройка может быть лишь одной из промежуточных стадий полного превращения [6]. . Действию мартенситного механизма предшествует снятие этих барьеров путем однород­ной деформации кристаллической решетки. При диффузионном механизме барьеры пре­одолеваются за счет кинетической энергии структурных частиц. При сжатии твердого те­ла возрастают силы межмолекулярного взаимодействия частиц. Соответственно уменьша­ется сжимаемость и возрастают активационные барьеры для перемещений и поворотов молекул на большие расстояния и углы..

Согласно нашей модели фазовый переход начинает развиваться в поверхностной об­ласти кристалла. Как известно, внешнее давление изменяет соотношение между радиуса­ми частиц, слагающих элементарную ячейку, что приводит к изменению кристаллической сингонии, так как энергетически выгоднее становится более плотноупакованная структу­ра. Подобная трансформация с большей вероятностью может произойти на поверхности кристалла. В результате возникает зародыш новой фазы, который представляет собой макроскопическое образование со счетным числом частиц (кластер). Зарождение класте­ров происходит стохастически вблизи дефектных областей поверхности.

Законы образования таких кластеров нам неизвестны, однако, можно предположить, что первоначально протекают наиболее быстрые процессы, которые отвечают образова­нию кластеров с минимальной энергией связи, то есть отвечающие преодолению барьеров минимальной высоты Qab [3]. После завершения этого этапа начинают складываться кластеры, энергия образования которых больше. Эти образования состоят из большего числа частиц, чем образовавшиеся на предыдущей энергетической стадии. При увеличении концентрации новой фазы данный процесс может идти вплоть до x = 1, где x - концентрация образующейся фазы в системе. В пределах определенного строения кластеров (число час­тиц, конфигурация) и их энергии связи можно выделить тот или иной класс, или уровень, к которому можно отнести данный кластер. Классификацию таких уровней можно вести как по строению кластеров, так и по величине энергии их образования и распространить ее не только на отдельные кластеры, но и на всю систему «фаза низкого давления - фаза высокого давления» в целом.

Вполне естественно предположить, что ряд уровней будет обладать физическими свойствами, отличными от кластеров предыдущих или последующих уровней. Данное различие может проявиться в электрических, термодинамических и других свойствах системы. Например, в случае перекрытия геометрических областей кластеров образуется проводящая цепочка, которая изменяет характер теплофизических свойств всей системы, а также позволяет провести идентификацию фазы высокого давления.

Пока расстояние между двумя ближайшими кластерами меньше некоторого крити­ческого, характеризуемого радиусом корреляции ρ, который определяется согласно вы­ражению f( f- среднее число узлов в кластере, v- средний объем, приходящийся на частицу в кластере), критическая доля объема f новой фазы недостаточна для обра­зования нового кластера. Существует критическое значение f объема новой фазы, определяемое следующим образом f. При f начинается слияние кластеров, которое приводит к образованию канала протекания. Слияние последних образует тонкую пленку новой фазы. В дальнейшем процесс развивается внутрь образца, приводя к появлению кластеризованных областей новой фазы по всему объему кристалла.

Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия отечественной науке.

  1. Шкловский Р.Э., Эфрос АЛ. // УФН. 1975. т. 117. с. 401.
  2. Hankey A., Stanly H.E. // Phys. Rev. 1976. v. 6. p. 3515.
  3. Олемской А.И., Фиат А.Я. // УФН. 1993. т. 163. № 12. с. 3.
  4. Buerger M.J. // Proc. Of the Symp. On Mechanisms of pfase transition. N.Y., 1971. V. 7. P. 1.
  5. Курдюмов А.В., Пилянкевич А.Н. Фазовые превращения в углероде и нитриде бора. Ки­ев: Нау кова Думка, 1979.
  6. Кузнецов Н.М. // Ударные волны и экстремальные состояния вещества. М.: Наука, 2000. С. 174.

Библиографическая ссылка

Карпенко С.В. О МЕХАНИЗМЕ В1-В2 ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА В КРИСТАЛЛАХ // Современные проблемы науки и образования. – 2005. – № 1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=161 (дата обращения: 22.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074