Оглавление
- 1 Спинодальное разложение
- 1.1 Спинодальное разложение
- 1.2 Наблюдения и модели
- 1.3 Отличие от зарождения и роста
- 1.4 Термодинамическая нестабильность
- 1.5 История и развитие
- 1.6 Модель Кана–Хиллиарда
- 1.7 Динамика спинодального разложения
- 1.8 Фазовая диаграмма
- 1.9 Достижение спинодальной области
- 1.10 Напряжения когерентности
- 1.11 Преобразование Фурье
- 1.12 Принцип избирательного усиления
- 1.13 Ограничения теории
- 1.14 Спинодальная область фазовой диаграммы
- 1.15 Инициирование однородной закалки
- 1.16 Диффузионное движение
- 1.17 Динамика роста
- 1.18 Спинодальная длина и время
- 1.19 Спинодальные архитектурные материалы
- 1.20 Полный текст статьи:
- 2 Спинодальное разложение
Спинодальное разложение
-
Спинодальное разложение
- Механизм, при котором одна фаза разделяется на две без образования зародышей
- Происходит при отсутствии термодинамического барьера
- Не требует процессов зарождения
-
Наблюдения и модели
- Наблюдается в смесях металлов и полимеров
- Образуются переплетенные структуры
- Моделируется уравнением Кана–Хиллиарда
-
Отличие от зарождения и роста
- Зарождение требует времени для преодоления барьера
- Спинодальное разложение происходит мгновенно
- Две фазы растут равномерно по всему объему
-
Термодинамическая нестабильность
- Однородная фаза становится термодинамически нестабильной
- Нестабильная фаза характеризуется максимумом свободной энергии
- Зарождение и рост происходят при метастабильности
-
История и развитие
- Брэдли и Липсон наблюдали боковые полосы на рентгенограмме сплава Cu-Ni-Fe
- Хиллерт вывел уравнение потока для одномерной диффузии
- Кан и Хиллиард разработали модель континуума
-
Модель Кана–Хиллиарда
- Свободная энергия аппроксимируется как расширение в терминах градиента концентрации
- Стабильность требует положительной второй производной свободной энергии
- Спинодальное разложение происходит при отрицательной второй производной
-
Динамика спинодального разложения
- Смоделировано с помощью обобщенного уравнения диффузии
- Возмущение концентрации растет при положительном темпе роста
- Волновой вектор возмущения имеет максимум на критическом волновом числе
-
Фазовая диаграмма
- Спинодальное разложение происходит в нестабильной области фазовой диаграммы
- Бинодаль и спинодаль сходятся в критической точке
- Спинодаль представляет предел физической и химической стабильности
-
Достижение спинодальной области
- Материал должен пройти через бинодальную область или критическую точку
- Фазовое разделение часто происходит при переходе, что мешает наблюдению спинодального распада
- Для наблюдения спинодального распада требуется быстрый переход, называемый гашением
-
Напряжения когерентности
- Параметры кристаллической решетки варьируются в зависимости от состава
- Для поддержания когерентности требуется механическая работа
- Энергия упругой деформации зависит от амплитуды модуляции композиции
-
Преобразование Фурье
- Преобразование Фурье используется для описания периодических функций
- Коэффициенты Фурье дают амплитуду и фазу волны
- Уравнение диффузии с учетом упругой энергии решается методом преобразований Фурье
-
Принцип избирательного усиления
- Энергия упругой деформации связана с амплитудами колебаний
- Амплитуда флуктуаций состава растет до достижения метастабильного равновесия
- Кинетический коэффициент усиления R зависит от длины волны и максимален при критической длине волны
-
Ограничения теории
- Теория не учитывает необратимые процессы при разделении фаз
- На практике происходит демпфирование трения, что уменьшает амплитуду волн
-
Спинодальная область фазовой диаграммы
- Свободная энергия снижается за счет разделения компонентов
- Концентрация увеличивается до стабильной части фазовой диаграммы
- Большие участки медленно изменяются, маленькие уменьшаются
-
Инициирование однородной закалки
- Управляющий параметр, такой как температура, резко изменяется
- Используется свободная энергия Ландау для изучения однородных закалок
-
Диффузионное движение
- Диффузионное движение доминирует в масштабе длины спинодального разложения
- Уравнение движения диффузионной системы включает диффузионную подвижность и химический потенциал
-
Динамика роста
- Небольшие колебания вокруг ϕ = 0 обладают отрицательной эффективной диффузионной подвижностью
- Линеаризация уравнения движения и преобразование Фурье приводят к экспоненциальному росту
-
Спинодальная длина и время
- Спинодальная длина и спинодальное время используются для безразмерности уравнения движения
- Универсальное масштабирование для спинодальной декомпозиции
-
Спинодальные архитектурные материалы
- Спинодальное фазовое разложение используется для создания архитектурных материалов
- Материалы обладают высоким энергопоглощением, нечувствительностью к дефектам, превосходной механической устойчивостью и высоким соотношением жесткости к весу
- Контроль разделения фаз позволяет управлять плотностью, прочностью, весом и анизотропией материала
- Спинодальные материалы способны к плавному переходу между различными классами, ориентациями и плотностями