Введение к работе
і
Актуальность темы. Исследование физической природы процесса перехода вещества из твердого состояния в жидкое является до настоящего времени одной из важнейших проблем физики коїщенсировапного состояния. "Интересно отметить, что все самые общие явления известные человеку, самые трудные для понимания. Плавление является одним из них." (Cotterill R.M.J, 1980). Внутренняя сложность процесса плавления настолько значительна, что в настоящее время не существует теории плавления, которая бы давала результаты, адекватные эксперименту.
К настоящему времени сформировалась точка зрения, в соответствии с которой термодинамические параметры плавления тесно связаны с энергией разрушения и механическими свойствами кристаллических веществ. Проводится также структурная аналогия этих двух процессов. На основе подходов нового научного направления -синергетики деформируемое твердое тело рассматривается как синергетическая система, обменивающаяся энергией и веществом с окружающей средой и разрушение трактуется как неравновесный фазовый переход, сопровождающийся переходными процессами спонтанной перестройки дефектной субструктуры.
В работах Френкеля Я.И. и Уббелоде А. также показано наличие особых термодинамических переходных областей при плавлеіши кристаллических веществ. Аномалии термодинамических, электрофизических, оптических, акустических и других свойств не укладываются в рамки канонического представления о плавлении как фазовом переходе I рода. По аналогии рассмотрения процесса деформации твердого тела как диссипативного процесса, перестройки в переходных областях при плавлении также можно рассматривать с привлечением новых понятий саморганизации и кооперативных явлений. Это требует пересмотра методических и концептуальных подходов в исследовании переходных процессов при плавлении. Подходы синергетики и устанавливаемая на их
основе взаимосвязь между микро- и макропараметрами открывает новые возможности для построения кинетической модели плавления.
Целью работы является исследование переходных процессов при плавлении кристаллических веществ с различным типом химической связи в динамических и квазистатических режимах методом цифрового дифференциально-термического анализа (ДТА).
Объекты исследования. Для изучения переходных процессов при плавлении выбиралась группа веществ с различным типом химической связи: ионный кристалл - хлорид калия, ковалентный кристалл -германий, металл - медь и полуметалл - сурьма. Эти вещества рассматриваются как модельные для изучения переходных процессов при высокотемпературном плавлении.
Задачи в рамках поставленной цели могут быть сформулированы следующим образом:
разработка цифровой методики ДТА для идентификации и изучения диссипативяых процессов при фазовых превращениях; -определение неравновесных термодинамических параметров пред-и постплавления;
исследование влияния динамических режимов на параметры переходных процессов;
исследование влияния типа химической связи на переходные процессы при плавлении в динамических и квазистатических режимах;
- разработка модели плавления с учетом переходных областей.
Научная новизна
Впервые методом цифрового ДТА обнаружены кооперативные пред-и постэффекты при плавлении металлов, полупроводников и диэлектриков, возникающие в кинетических режимах.
Введена система неравновесных термодинамических параметров, характеризующих температурно-временные области возникновения и существования мезофаз пред- и постллавления в динамических и квазистатических режимах.
Разработана методика цифрового ДТА для идентификации диссипативных процессов при фазовых переходах. Основные положения, выносимые на защиту:
1. Неравновесность и кооперативность пред- и постпереходных
состояний при плавлении кристаллических веществ с различным
типом химической связи в динамических режимах.
2. Система неравновесных термодинамических параметров,
характеризующих образование и область существования мезофаз
пред- и постплавления.
-
Кинетическая зависимость и нестабильность параметров пред- и постплавления и точки начала плавления.
-
Методика цифрового ДТА для идентификации диссипативных процессов при фазовых превращениях.
5. Динамическая модель плавления как серии катастроф
стабильности.
Практическая ценность работы
Разработана методика контроля диссипативных процессов при фазовых превращениях в конденсированных средах методом цифрового ДТА.
Введенная система неравновесных термодинамических параметров, характеризующих образование и области существования мезофаз пред- и постплавления в динамических и квазистатических режимах, является универсальной и присуща процессу плавления всех кристаллических веществ.
Термодинамическая и структурная нестабильность мезофаз предплавления является одним из механизмов деградации материалов как массивных образцов, так и пленок и должен учитываться при расчете надежности конструктивных материалов и устройств на их основе.
Апробация работы и публикации
Материалы диссертации докладывались и обсуждались:
на конференции "Структура и свойства кристаллических и аморфных материалов" ( Нижний Новгород, 1996 г.);
на конференции ICPS'96 ( Hungary, Szeged, 1996 г.);
на симпозиуме "Синергетика. Структура и свойства материалов. Самоорганизующиеся технологии." ( Москва, 1996 г.);
на конференции "Кремний-96" ( Москва, 1996 г.)
на V Международной конференции "Термодинамика и материаловедение полупроводников." (Москва, 1997 г.);
на конференции ICPS'97 (Austria, Vienna, 1997 г.);
на IV Международной конференции "Межмолекулярные взаимодействия в веществе" (Poland, Gdansk-Sobieszewo, 1997 г.);
на II Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Электроника и информатшса-97" (Москва-Зеленоград, 1997 г.)
По результатам исследований опубликовано 15 работ в виде научных статей, докладов и тезисов докладов.
