Введение к работе
Актуальностыпемы
К настоящему времени существует большое количество экспериментальных данных, подтверждающих наличие структуры в жидкости. К ним относятся рентгеноструктурные исследования жидкого состояния, которые показали, что пространственное распределение частиц в жидкости не является полностью беспорядочным: обнаруживаются корреляции в расположении ближайших частиц, а также наблюдаются некоторые предпочтительные расстояния между частицами.
В дальнейшем, при изучении структурно-чувствительных физических свойств жидкости - вязкости, плотности, электропроводности и т.п. - на их зависимостях от температуры были обнаружены различные аномалии (скачки и перегибы) [1]. Это указывало на возможность существования жидкости, по крайней мере, в двух структурных модификациях. Позже это было подтверждено, однако, вопрос о том, происходит ли при этом фазовый переход 1-го рода, долгое время оставался дискуссионным.
Ряд сравнительно недавних исследований подтверждает не только существование структуры в жидкости, но и ее «экстремальное» проявление - фазовые превращения в жидкости. Это установлено для широкого класса простых веществ под высоким давлением [2]. При этих переходах наблюдаются резкие изменения таких свойств жидкости, как плотность, теплоемкость и электропроводность. На фазовых диаграммах при этом присутствуют фазовые переходы двух типов: плавление и резкое изменение локальной структуры в системе.
Итак, накопленные экспериментальные данные требуют адекватного теоретического описания жидкого состояния. Традиционные модели, не смотря на значительные успехи в описании ряда свойств жидкости, имеют и определенные ограничения. Для одних моделей эти ограничения связаны с серьезными вычислительными трудностями, как в методе интегральных уравнений. Другие модели, основанные на предположении о квазикристалличности жидкости, описывают жидкость только в достаточно узком температурном интервале вблизи линии плавления и теряют предсказательные свойства с повышением температуры.
Таким образом, необходима универсальная модель, позволяющая описать как плавление, так и структурные переходы в жидкости. В этой модели должны быть введены параметры, характеризующие структуру жидкости, а также понятие о связности структурных элементов жидкости. Наиболее удачной в этом аспекте является модель А.З. Паташинского [3].
рос. национальная! библиотека я
1... узЫ
Есть основания предполагать, что ее можно распространить и на и структурные переходы в жидкости. В этом случае появится единый подход к описанию фазовых превращений в веществе.
Цель работы:
Целью работы является описание механизмов фазовых переходов в кристаллических и жидких веществах в рамках единого подхода, основанного на формализме представлении локальных состояний конденсированного вещества. В соответствие с этим были поставлены следующие задачи:
определить расчетные параметры модели в рамках единой теории; провести проверку модели путем расчета бинарных фазовых
диаграмм для известных систем, и сравнить с результатами,
полученными ранее;
провести расчеты фазовых диаграмм для простых веществ (Se, S)
в переменных температура-давление; получить фазовую диаграмму углерода в переменных
температура-давление и сравнить ее с экспериментом и данными
молекулярно-динамического моделирования;
описать бинарные фазовые диаграммы для чистых веществ с
полиморфизмом, где вместо давления используется другой способ
термодинамического воздействия - изменение концентрации
примеси.
Научная новизна
В данной работе получены следующие новые результаты:
рассчитаны диаграммы состояния для простых веществ (Se, S) в
переменных температура-давление и получено хорошее согласие
с экспериментом;
рассчитана фазовая диаграмма углерода в переменных температура-давление;
предсказаны новые типы бинарных фазовых диаграмм для веществ с полиморфизмом с добавлением примеси и сделаны предположения о классах веществ, относящихся к данному типу.
Практическаяценностьработы
предложена сравнительно простая методика расчета бинарных
фазовых диаграмм;
впервые в рамках единой модели рассчитана фазовая диаграмма углерода, уточнено положение тройной точки жидкость-графит-алмаз, а также рассчитано продолжение линии перехода графит-алмаз в жидкости.
Назащиту выносятся:
Методика расчета бинарных фазовых диаграмм с использованием одного подгоночного параметра.
расчетные фазовые диаграммы для простых веществ (Se, S) в переменных температура-давление;
расчетная фазовая диаграмма для углерода, на которой предсказано возможное положение линии перехода графит-алмаз в жидкости, а также уточнено положение тройной точки жидкость-графит-алмаз;
новые типы бинарных фазовых диаграмм для веществ с полиморфизмом с добавлением примеси;
описание механизмов фазовых переходов в кристаллических и жидких веществах.
Апробациярезулыпатовработы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
-
L.D. Son, G.M. Rusakov, N.N. Katkov Calculation ofbinary phase diagrams, Abstract of 11-en International Symp. "Thermodynamics of Alloys", Roma, Italy, 2002, p. 58.
-
H.H. Катков Фазовые переходы в расплавах простых веществ под давлением, V Уральская школа-семинар металловедов - молодых ученых, Екатеринбург 2003, сборник тезисов.
-
N.N. Katkov, L.D. Son, G.M. Rusakov, V.E. Sidorov New types of the binary phase diagrams, Abstract Book of 12-th International Conference on Liquid and Amorphous Materials, Metz, France, July 2004, p. 45.
-
H.H. Катков, Л.Д. Сон, F.M. Русаков Новые типы бинарных фазовых диаграмм, Труды XI Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов», Екатеринбург 2004, том I, с. 74-78.
-
Л.Д. Сон, F.M. Русаков, Н.Н. Катков Термодинамика плавления двойньж систем с ограниченной взаимной растворимостью, Научные труды Международной конференции Эвтектика-6, Запорожье, Украина, 2003, с. 90-92.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 4 работы, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объемработы
Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы. Она изложена на 107 страницах, включая 30 рисунков. Список цитированной литературы содержит 88 наименований.
