Морфология диссипативных структур, образующихся в процессе высокотемпературного синтеза соединения MgB2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрено взаимодействие компонентов при высокотемпературном отжиге спрессованных порошков магния и бора в технологиях получения сверхпроводящего соединения MgB2 на основе результатов, представленных в работах, использующих стандартную технологию синтеза и технологию горячего газостатического прессования. В компьютерной модели кристаллизации бинарного сплава исследовано влияние кинетики роста кристалла и диффузии компонентов, выделяющихся на межфазной границе, на морфологию диссипативных структур, образующихся при фазовом превращении. Проведен анализ условий и механизма формирования “дендритоподобных” структур, возникающих при кристаллизации MgB2 из расплава магния (Mg –% B).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. О. Есин

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: yesin@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Список литературы

  1. Шахпаронов М.И. Введение в молекулярную теорию растворов. М.: Гос. Изд-во техн.-теор. лит-ры, 1956. 508 с.
  2. Криницина Т.П., Кузнецова Е.И., Дегтярев М.В., Блинова Ю.В. Сверхпроводники на основе MgB2: структура и свойства // ФММ. 2021. Т. 122. С. 1271–1295.
  3. Кузнецова Е.И., Криницина Т.П., Блинова Ю.В., Цаплева А.С., Абдюханов И.М., Дегтярев М.В. Тонкая структура MgB2, легированного Y и Gd // ФММ. 2022. Т. 123. С. 978–985.
  4. Кузнецова Е.И., Сударева С.В., Криницина Т.П., Блинова Ю.В., Романов Е.П., Акшенцев Ю.Н., Дегтярев М.В., Тихоновский М.А., Кисляк И.Ф. Механизм образования и особенности структуры массивных образцов соединения MgB2 // ФММ. 2014. Т. 115. № 2. С. 186–197.
  5. Кузнецова Е.И., Акшенцев Ю.Н., Есин В.О., Сударева С.В., Блинова Ю.В., Дегтярев М.В., Новожонов В.И., Романов Е.П. Механизмы образования массивной сверхпроводящей фазы MgB2 при высоких температурах // ФТТ. 2015. Т. 57. Вып. 5. С. 859–866.
  6. Туркевич В.З., Кулик О.Г., Иценко П.П., Соколов А.Н., Луценко А.Н., Ващенко А.Н. Фазовая диаграмма системы Mg – B при высоких давлениях // Сверхтвердые материалы. 2003. Т. 25. Вып. 1. С. 9–14.
  7. Turkevich V.Z., Prikhna T.A. and Kozyrev A.V. Phase diagram of the Mg–B system at 2 GPa and peculiarities of high-pressure manufacture of MgB2 – based blocks with high critical currents // High Pressure Research. 2009. V. 29. No. 1. P. 87–92.
  8. Есин В.О. Направления преимущественного роста кристаллов с кубической решеткой // ФММ. 1965. Т. 20. Вып. 2. С. 226–230.
  9. Курц У., Фишер Д. Фундаментальные основы затвердевания. Москва. Ижевск. 299 с. (Kurz W. and Fisher D.J. Fundamentals of Solidification. Trans Tech Publications LTD. Switzerland. Germany. UK. USA. 1998. 248 p.)
  10. Тарабаев Л.П., Машихин А.Ю., Есин В.О. Дендритный рост кристаллов в переохлажденном расплаве // Расплавы. 1991. № 2. C. 89–100.
  11. Tarabaev L.P., Mashikhin A.Yu. and Esin V.O. Dendritic Crystal Growth in Supercooled Melt // J. Crystal Growth. 1991. V. 114. P. 603–612.
  12. Тарабаев Л.П., Машихин А.Ю., Вдовина И.А. Компьютерное моделирование роста дендритных кристаллов. M.: Деп. в ВИНИТИ. 03.07.91. № 2915–В91, 1991. 29 с.
  13. Aziz M.J. & Kaplan T. Continues growth model for alloy solidification // Acta Metall. Mater. 1988. V. 36. P. 2335–2347.
  14. Tarabaev L.P. and Esin V.O. Dissipative structure formation during crystallization of alloys under high-nonequilibrium conditions // arXiv: 0804.1868v1. [cond-mat.mtrl-sci].
  15. Tarabaev L. and Esin V. Formation of Dissipative Structures during Crystallization of Supercooled Melts // Chapter in book “Supercooling”, edited by Peter Wilson., 134 p. InTech – Open Access Publisher Rijeka. Croatia. March, 2012. P. 105–122. ISBN 978-953-51-0113-0
  16. Пер Бак. Как работает природа. Теория самоорганизованной критичности. М.: Изд. URSS, 2014. 276 с.
  17. Мартюшев Л.М., Селезнев В.Д. Принцип максимальности производства энтропии как критерий отбора морфологических фаз при кристаллизации // Доклады Академии Наук. 2000. Т. 231. № 4. С. 466–468.
  18. Есин В.О., Сазонова В.А., Заболоцкая И.А. Сферолитные формы кристаллизации в металлах // ФММ. 1989. № 2. С. 73–77.
  19. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. М.: Металлургия, 1982. 168 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Диаграмма состояния системы Mg–B [7].

Скачать (3KB)
Метаданные
3. Рис. 2. “Дендритоподобная” структура образца соединения MgB2, сканирующая электронная микроскопия (изображение во вторичных электронах) [4].

Скачать (38KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Морфологии диссипативных структур, образующихся при росте твердой фазы из одного центра, в условиях “изотропного” кинетического коэффициента при различных значениях кинетического коэффициента (β), переохлаждения (пересыщения) расплава (∆T) и времени роста (∆t): (а) – 2.0, 0.020, 300; (б) – 1.0, 0.200, 50; (в) – 3.0, 0.200, 100; (г) – 3.0, 0.200, 500 [10, 11].

Скачать (201KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Морфология диссипативных структур, образующихся в процессе кристаллизации расплава, и концентрационные поля (тонкие линии) в системе в некоторые моменты времени t~ для различных величин переохлаждения расплава ΔT~bath: (a) ΔT~bath = 0.01, t~ = 750; (б) ΔT~bath = 0.02, t~ = 230; (в) ΔT~bath = 0.05, t~ = 40. Изолинии безразмерных концентраций c~ построены с интервалами: (a) Δ c~ = 0.005, (б) Δ c~ = 0.010, (в) Δ c~ = 0.020 [14, 15].

Скачать (51KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Морфология диссипативных структур, образующихся в процессе кристаллизации расплава, и концентрационные поля (тонкие линии) в системе в последовательные моменты времени t~ для переохлаждения ΔT~bath = 0.055: (а) t~ = 20, (б) t~ = 75. Изолинии безразмерных концентраций c~ построены с интервалом Δ c~ = 0.02.

Скачать (73KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Морфология диссипативных структур, образующихся в процессе кристаллизации расплава, и концентрационные поля (тонкие линии) в системе в некоторые моменты времени t~ для различных величин переохлаждения расплава ΔT~bath: (a) ΔT~bath = 0.065, t~ = 75; (б) ΔT~bath = 0.080, t~ = 67; (в) ΔT~bath = 0.100, t~ = 62. Изолинии безразмерных концентраций c~ построены с интервалами: (a) Δ c~ = 0.05, (б) Δ c~ = 0.10, (в) Δ c~ = 0.05.

Скачать (80KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Морфология диссипативных структур, образующихся в процессе кристаллизации расплава, и концентрационные поля (тонкие линии) в системе в некоторые моменты времени t~ для различных величин переохлаждения расплава ΔT~bath: (а) ΔT~bath = 0.200, t~ = 5.80; (б) ΔT~bath = 0.280, t~ = 4.00; (в) ΔT~bath = 0.535, t~ = 2.20. Изолинии безразмерных концентраций c~ построены с интервалами: (а) Δ c~ = 0.20, (б) Δ c~ = 0.55, (в) Δ c~ = 0.50.

Скачать (71KB)
Метаданные