Южно-Уральский государственный университет (454080, Россия, Челябинск, пр. Ленина, 76) Аннотация. Разработана методика прогнозирования закономерностей роста кристаллов из метастабильных расплавов. Методами неравновесной термодинамики описан процесс роста кристалла из многокомпонентного расплава с учетом взаимного влияния тепловых и диффузион ных процессов. Применение к построенной системе уравнений нового вариационного подхода позволило получить удобные для практических расчетов выражения скорости роста кристалла из многокомпонентного расплава. Полученная методика позволила провести анализ особенностей роста кристалла при высокой скорости движения фронта кристаллизации, которые приводят к эффекту «захвата примеси»-отклонению от равновесных условий у поверхности раздела фаз. Разработанная математическая модель дает возможность проводить расчеты скорости роста частиц новой фазы и оценивать влияние метастабильных эффектов на отклонение концентраций компонентов у поверхности растущего кристалла от равновесных значений. Таким образом, с использованием полученного метода может быть построена «метастабильная» фазовая диаграмма исследуемой системы. Развиваемый подход применен к расчету роста нанокристаллов α-Fe(Si) при отжиге аморфного сплава Fe 73,5 Cu 1 Nb 3 Si 13,5 B 9. Результаты расчета сопоставлены с результатами эксперимента по первичной кристаллизации сплава. Показано, что концентрация железа у поверхности растущего кристалла несущественно отклоняется от равновесных значений. C другой стороны, атомы кремния захватываются фронтом кристаллизации, концентрация кремния у поверхности растущего нанокристалла значительно отклоняется от равновесных значений. Расчет показал, что после первичной кристаллизации аморфной фазы, происходящей при температуре 400-450 °С, отклонение концентрации кремния от равновесного значения составит около 2 %, при этом равновесное значение концентрации составит около 13,3 %.

No abstract

No abstract

The new crystallization theory for overcooled metastable melt is developed; it is based on variational mechanical principles and takes into account regularities of forming and diffusion growth of equilibrium crystals as well as diffusion-free growth of metastable crystals. Calculations for the melt Fe 83 B 17 were conducted on the model; they displayed that simultaneous nucleation and growth of Fe and Fe 2 B with metastable phase Fe 3 B are observed in overcooled melt, and growth speed of near-critical dimensional crystals of Fe 3 B exceeds crystal growth speed of Fe and Fe 2 B. The effect of diffusion-free growth is observed for Fe 3 B crystals, when quickly growing Fe 3 B crystal surface catches boron atoms. Quasi-equilibrium phase diagram for overcooled Fe-B melt was built on the base of the developed theory; it takes into account both equilibrium crystal growth and metastable phase growth. The obtained diagram allows to predict the values of components concentration near the surface of growing crystals both for Fe and Fe 2 B crystals meeting the requirements of local equi-librium condition on their surface and for Fe 3 B metastable crystals which are characterized by diffusion-free growth stipulated by high motion speed of crystal surface.

No abstract