Cluster structure of melts of metals with a densely packed structure

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

A model of the cluster structure of metal melts with a densely packed structure is considered. The minimum cluster size in the melt at the melting temperature of the crystal is determined. Using a 3-atomic chain of particles (in the Frenkel solid state model) interacting with a paired Morse potential, it is possible to obtain an estimate of the parameter determining the energy of interaction of particles in the chain. The value obtained is less than the value corresponding to the critical point of the order–disorder phase transition for inter-cluster boundaries in a 2-dimensional system. It is found that the change in the energy of a 3-dimensional system as a function of its temperature has an inflection point at a value corresponding to the structural disorder of the system: the critical point of the order–disorder phase transition for a two-dimensional layer of boundary nodes.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

V. Yesin

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: yesin@imp.uran.ru
Rússia, Ekaterinburg, 620108

Bibliografia

  1. Stewart G.W. X-ray diffraction in water: The Nature of Molecular Association // Phys. Rev. 1931. V. 37. No. 1. P. 6–9.
  2. Frenkel Y.I. The Liquid State and the Theory of Fusion // Acta Physicochimica URSS. 1935. No. 3. P. 633–648.
  3. Березинский В.Л. Разрушение дальнего порядка в одномерных и двумерных системах имеющих непрерывную группу симметрии I. Классические системы // ЖЭТФ. 1971. Т. 59. С. 493–500.
  4. Kosterlitz J.M., Thouless D.J. Ordering, metastability and phase transitions in two-dimensional systems // J. Phys. C. 1973. V. 6. No. 7. P. 1181–1203.
  5. Halperin B.I., Nelson D.R. Theory of Two-Dimensional Melting // Phys. Rev. Letters. 1978. V. 41. No. 2. P. 121–124.
  6. Halperin B.I., Nelson D.R. Dislocation-mediated melting in two dimensions // Phys. Rev. B. 1979. V. 19. No. 5. P. 2457–2484.
  7. Рыжов В.Н., Тареева Е.Е., Фомин Ю.Д., Циок Е.Н. Переход Березинского–Костерлица–Таулеса и двумерное плавление // УФН. 2017. Т. 187. № 9. С. 921–951.
  8. Обухов С.П. Дислокационный механизм плавления кристаллов // ЖЭТФ. 1978. Т. 83. Вып. 11. С. 1978–1984.
  9. Nelson D.R. Order, frustration, and defects in liquids and glasses // Phys. Rev. B. 1983. V. 28. Р. 5515–5535.
  10. Паташинский А.З., Шумило Б.И. Теория конденсированного вещества, основанная на гипотезе локального кристаллического порядка // ЖЭТФ. 1985. Т. 89. Вып. 1. С. 315.
  11. Ashby M.F., Spaepen F., Williams S. The structure of grain boundaries described as a packing of polihedra // Acta. Metall. 1978. V. 26. No. 11. P. 1647–1663.
  12. Есин В.О. Структурное разупорядочение границ и плавление металлических кристаллов // Доклады АН СССР. 1985. Т. 283. № 1. С. 89–994.
  13. Есин В.О. Кластерная структура металлических расплавов / В кн.: “Структура и физико-химические свойства металлических и оксидных расплавов”. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. С. 57–67.
  14. Esin V.O., Daniljuk V.I. Cluster structure of two- dimensional lattice gas model // Phys. Stat. Solid. (b). 1985. V. 127. No. 2. P. 443–448.
  15. Есин В.О., Данилюк В.И., Порозков В.Н. / В кн.: “Теория жидких и аморфных металлов. Тезисы научных сообщений V Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов”. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. С. 94–96.
  16. Есин В.О., Пономарев В.В. Некоторые характеристики вакансий в ГЦК-металлах. УНЦ АН СССР. Свердловск: ИФМ, 1985. 92 с. ВИНИТИ. № 7365-5=885 Деп.
  17. Morse Ph.M. Diatomic molecules according to the wave mechanics. II. Vibrational levels // Phys. Rev. 1929. V. 34. No. 1. P. 57–64.
  18. Архаров В.И., Новохатский И.А. Внутренняя адсорбция в металлах // Доклады АН СССР. 1969. Т. 185. № 5. С. 1069–1071.
  19. Есин В.О., Кривоносова А.С., Саттыбаев И.Ж., Федорова Т.Г., Елохина Л.В. Влияние давления на структуру монокристаллов алюминия и седиментацию растворенных компонентов при кристаллизации во внешнем потенциальном поле // ФММ. 2005. Т. 100. № 2. С. 63–69.
  20. Есин В.О. Сверхподвижность межфазной границы кристалл-расплав / VII Всесоюзная конференция по росту кристаллов (14–19 ноября 1988, Москва). Т. III. Рост кристаллов из расплава. Расширенные тезисы. М.: АН СССР, 1988. С. 43–44.
  21. Esin V.O. Supermobility of Crystal-Melt Interface / ICCG-10. The Tenth International Conference on Crystal Growth (August 16–21, 1992, San Diego, California, USA). Poster Presentation Abstracts. P. A154.
  22. Есин В.О. Релаксация избыточного свободного объема фазового превращения на межфазной границе кристалла с расплавом // ФММ. 2024. Т. 125. № 2. С. 191–201.
  23. Фишер М. Природа критического состояния. М.: Мир, 1968. 376 с.
  24. Fisher M.E. The Nature of Critical Points / In book: “Lectures in Theoretical Physics”. Colorado: Univ. of Colorado. Press, 1965.
  25. Дайсон Ф., Монтролл Э., Кац М., Фишер М. Устойчивость и фазовые переходы. 1982. М.: Мир, 1973. 373 с.
  26. Brandon D.G., Ralph B., Ranganathan S., Wald M.S. A field ion microscope study of atomic configuration at grain boundaries // Acta Metall. 1964. V. 12. No. 7. P. 813–821.
  27. Gleiter H. On the structure of grain boundaries in metals // Mater. Sci. Eng. 1982. V. 52. No. 2. P. 91–131.
  28. Hahn W., Gleiter H. On the structure of vacancies in grain boundaries // Acta Metall. 1981. V. 29. No. 4. P. 601–606.
  29. Уббелоде А.Р. Расплавленное состояние вещества. 1982. М.: Мир, 1968. 375 с.
  30. Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир, 1973. 419 с.
  31. Харт Э. Фазовые переходы на границах зерен / В кн.: “Атомная структура межзеренных границ”. Под ред. Орлова А.Н. М.: Мир, 1978. С. 243–258.
  32. Gleiter H. Radex Rundsch. 1980. V. 21. No. 1–2. P. 51–58.
  33. Kikuchi R., Cahn J.W. Grain-boundary melting transition in a two-dimensional lattice-gas model // Phys. Rev. B. 1980. V. 21. No. 5. P. 1893–1897.
  34. Ватолин Н.А., Пастухов Э.А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. М.: Наука, 1980. 189 с.
  35. Есин В.О. Термодинамическая устойчивость “кавитационных флюктуаций плотности” в расплавах / В кн.: “Труды XI Российской конференции “Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов” (14–16 сентября, 2004, Екатеринбург). Екатеринбург–Челябинск: ЮУрГУ, 2004. Т. 1. Физико-химические модели строения и методы моделирования свойств расплавов. С. 79–80.
  36. Doyama M., Kochler J.S. The relation between the formation energy of a vacancy and the nearest neighbor interaction in pure metals and liquid metals // Acta Metallurgica. 1976. V. 24. No. 9. P. 871–879.
  37. Есин О.А. К полимерной модели жидких металлов // Известия АН. Металлы. 1976. № 5. С. 45–48.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Two-dimensional model of a conglomerate (cluster) structure arising from cooperative disordering of the crystal lattice during its melting.

Baixar (245KB)
Metadados
3. Fig. 2. The energy of vacancy formation ∆E□ in two-dimensional square (Z = 4) and triangular (Z = 3) lattices depending on the system temperature T.

Baixar (68KB)
Metadados
4. Fig. 3. The critical point of structural disorder of the system is the critical point of the order-disorder phase transition (Cr). The Y axis is the ratio of the change in the energy of the system ( ) to the change in its temperature. Here k is the Boltzmann constant. The X axis is the exponential change in the temperature of the system ( ) from 0 to 1. Here .

Baixar (46KB)
Metadados
5. Fig. 4. Cluster structure of a two-dimensional lattice gas model at the critical point of the order-disorder phase transition. Square lattice with Z2d = 4. Computer simulation by the Monte Carlo method [14].

Baixar (346KB)
Metadados