Размерный эффект в трёхмерном Монте-Карло моделировании кинетики фазового разделения в изолированных частицах

А. С. Ширинян$^{1}$, Ю. С. Белогородский$^{1}$, В. А. Макара$^{1,2}$

$^{1}$Учебно-научный центр «Физико-химического материаловедения» Киевского национального университета имени Тараса Шевченка и НАН Украины, ул. Владимирская, 60, 01033 Киев, Украина
$^{2}$Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, ул. Владимирская, 60, 01033 Киев, Украина

Получена: 28.02.2019; окончательный вариант - 01.11.2019. Скачать: PDF

Работа посвящена выявлению размерно-зависимых закономерностей образования и стабилизации новой фазы в процессе температурного отжига изолированной наномасштабной частицы металлического сплава. На основе компьютерной модели вакансионной диффузии атомов и алгоритма Монте-Карло предложен подход для нахождения влияния ограниченности объёма материала на кинетику фазового разделения в частице с инертной оболочкой. Разработанное комплексное программное обеспечение позволяет определять широкий спектр характеристик, макроскопические, микроскопические и энергетические параметры системы: размеры кластеров, энергию зародышеобразования, параметры порядка, коэффициенты диффузии, составы и объёмы фаз. Выполнен анализ кинетики фазового разделения для начальных пересыщений, соответствующих нестабильному состоянию сплава. Выявлен размерно-зависимый эффект замедления кинетики образования новой фазы, обусловленный уменьшением размера наносистемы. Установлена корреляция между размером наночастицы, скоростью протекания и характеристиками фазового превращения. Даны аппроксимационные соотношения для среднего объёма кластера новой фазы и изучено поведение показателя скорости роста зародышей новой фазы от размера наносистемы, температуры и начального состава.

Ключевые слова: вакансионный механизм диффузии, изолированная наночастица, 3D Монте-Карло симуляция, зародыш новой фазы, размерный эффект, фазовое разделение, скорость роста.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i01/0011.html

PACS: 05.10.Ln, 61.46.-w, 64.60.an, 64.60.Q-, 64.75.Jk, 66.30.Pa, 81.07.Bc

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

P. Fratzl and O. Penrose, Phys. Rev. B, 50, No. 5 (1994). Crossref
R. Weinkamer, P. Fratzl, H. S. Gupta, O. Penrose, and J. L. Lebowitz, Phase Trans., 77 (2004). Crossref
K. Kawasaki, Phys. Rev. B, 145, No. 1 (1966). Crossref
K. Kawasaki, Phys. Rev., 150, No. 1 (1966). Crossref
C. D. Adams, D. J. Srolovitz, and M. Atzmon, J. Appl. Phys., 74, No. 3 (1993). Crossref
А. М. Гусак, С. В. Марченко, В. В. Турло, О. О. Богатирьов, УФЖ, 62, № 12 (2017). Crossref
В. К. Свешников, А. Ф. Базаркин, Фундаментальные исследования, 5 (2014).
A. S. Shirinyan and D. V. Lubyanskyy, Defect Diffusion Forum, 277: 167 (2008). Crossref
A. S. Shirinyan and Y. S. Belogorodsky, Defect Diffusion Forum, 277: 161 (2008). Crossref
В. В. Слезов, В. В. Сагалович, УФН, 151, № 1 (1987). Crossref
В. В. Слезов, С. М. Анцуров, ФММ, 42, № 4 (1976).
M. Muller and K. Albe, Beilstein J. Nanotechnol., 2: 40 (2011). Crossref
В. М. Безпальчук, М. О. Пасічний, А. М. Гусак, Металлофиз. новейшие технол., 38, № 9: 1135 (2016). Crossref
C. Castellano and F. Corberi, Phys. Rev. B, 63 (2001). Crossref
P. Oramus, R. Kozubski, M. C. Cadeville, V. Pierron-Bohnes, and W. Pfeiler, Mat. Sci. Eng. A, 324 (2002). Crossref
Б. С. Бокштейн, Диффузия в металлах (Москва: Металлургия: 1978)
В. И. Капустин, А. С. Сигов, Материаловедение и технологии электроники (Москва: ИНФРА-М: 2014).
А. С. Шірінян, Зміна фізико-хімічних властивостей наноматеріалів у розмірно-залежних фазових перетвореннях першого роду (Дисертація д-ра фіз.-мат. наук) (Київський національний університет імені Тараса Шевченка, МОН України: 2012).
С. А. Фирстов, Г. Ф. Саржан, Электронная микроскопия и прочность материалов. Сер. Физическое материаловедение, структура и свойства материалов, 20 (2014).
A. S. Shirinyan, A. M. Gusak, and P. J. Desre, JMNM, 7 (2000). Crossref
D. Hearn and M. P. Baker, Computer Graphics with OpenGL (3rd Edition) (Pearson: Prentice Hall: 2004).