Розмірний ефект у тривимірному Монте-Карло моделюванні кінетики фазового розділення в ізольованих частинках

А. С. Шірінян$^{1}$, Ю. С. Білогородський$^{1}$, В. А. Макара$^{1,2}$

$^{1}$Навчально-науковий центр «Фізико-хімічне матеріалознавство» Київського національного університету імені Тараса Шевченка та НАН України, вул. Володимирська, 60, 01033 Київ, Україна
$^{2}$Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 60, 01033 Київ, Україна

Отримано: 28.02.2019; остаточний варіант - 01.11.2019. Завантажити: PDF

Робота присвячена виявленню розмірно-залежних закономірностей утворення і стабілізації нової фази у процесі температурного відпалу ізольованої наномасштабної частинки металевого сплаву. На основі комп’ютерної моделі вакансійної дифузії атомів й алгоритму Монте-Карло запропоновано підхід для знаходження впливу обмеженості об’єму матеріалу на кінетику фазового розділення в частинці з інертною оболонкою. Розроблене комплексне програмне забезпечення дає змогу визначати широкий спектр характеристик, макроскопічні, мікроскопічні та енергетичні параметри системи: розміри кластерів, енергію зародкоутворення, параметри порядку, коефіцієнти дифузії, склад і об’єми фаз. Здійснено аналіз кінетики фазового розділення для початкових пересичень, що відповідають нестабільному стану сплаву. Виявлено розмірно-залежний ефект уповільнення кінетики утворення нової фази, обумовлений зменшенням розміру наносистеми. Встановлено кореляцію між розмірами частинки, швидкістю протікання і характеристиками фазового розділення. Дано апроксимаційні співвідношення для середнього об’єму кластера нової фази і вивчено поведінку показника швидкості зростання зародків нової фази від розміру наносистеми, температури і початкового складу.

Ключові слова: вакансійний механізм дифузії, ізольована наночастинка, 3D Монте-Карло симуляція, зародок нової фази, розмірний ефект, фазове розділення, швидкість зростання.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА

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).