Кинетика фазовых превращений

Целями освоения дисциплины «Кинетика фазовых превращений» являются формирование у студентов представления о современных теоретических подходов к описанию фазовых превращений, основанных на концепциях спонтанного нарушения симметрии, “мягкой моды”, бозе-энштейновской конденсации. Формирование представлений о физических явлениях, предшествующих фазовым переходам как второго рода (развитие динамических флуктуаций) так, и 1-го рода (развитие гетерофазных флуктуаций). Изучить современные представления о мартенситных превращениях 

Изучение дисциплины предполагает выполнение следующих задач:

  • изучить современные классификаций фазовых переходов по типу симметрии и по типу смещений;
  • изучить явления предшествующих фазовым превращениям второго рода и первого рода близким ко второму роду (развитие динамических флуктуаций);
  • Изучить теорию гетерогенного зарождения и роста новой фазы для фазовых превращений первого рода (развитие гетерофазных флуктуаций);
  • Изучить различиекинетики роста новой фазы, начиная с ее зарождения и последующей ее эволюцией фазовых переходов первого и второго рода;
  • Ознакомится с современными представлениями о мартенситных превращениях.

Дисциплина «Кинетика фазовых превращений» относится к дисциплинам по выбору магистерской программы «физика конденсированного состояния вещества». Содержательно она знакомит слушателей с видами фазовых переходов их классификацией, кинетикой фазовых переходов влияниям кинетики фазовых переходов на структурно-фазовое состояние систем формирует знания, умения и навыки, необходимые для последующего овладения методами механической и термической обработки материалов с целью формирования определенного структурно-фазового состояния.

Содержание дисциплины

1. Кинетика фазовых переходов второго рода

Понятие о параметре порядка в теории фазовых переходов (ферромагнетик, сегнетоэлектрик, кристаллизующаяся жидкость, сверхпроводимость, упорядочение твердого раствора). Феноменологическая теория фазовых переходов по Ландау. Разделение переходов на первый и второй род. Влияние внешнего поля. Введение восприимчивости. Флуктуации. Распределение Гаусса. Распределение Гаусса для нескольких величин. Флуктуации основных термодинамических величин .Флуктуации числа частиц. Флуктуации в идеальном газе (классическом и квантовом) Применение к черному излучению. Корреляция флуктуаций во времени. Пространственная корреляция плотности. Корреляция флуктуаций во времени. Временная корреляция нескольких величин. Симметрия кинетических коэффициентов. Диссипативная функция. Спектральное разложение флуктуаций .Обобщенная восприимчивость. Описание упорядочения с учетом пространственной дисперсии. Условия применимости теории Ландау. Связь между корреляторами и восприимчивостью (без доказательств). Упругая энергия  ее влияние на фазовые переходы. Влияние упругой энергии на развитие длинноволновых флуктуаций на примере спинодального распада твердых растворов. Теория Кана- Хиллиарда. Критическая область. Гипотеза подобия. Критические индексы..

2. Кинетика фазовых переходов первого рода

Зарождение частиц новой фазы. Частота зарождения, ее температурная зависимость. Особенности зарождения новой фазы в условиях негидростатического сжатия. Ансамбль частиц новой фазы Равновесное распределение. Эволюция ансамбля частиц при распаде пересыщенного твердого раствора. Процессы коалесценции. Теория Лифшица-Слезова. Теория квазипериодических макрорешеток выделений новой фазы в матрице. Гетерогенное зарождение новой фазы. Зарождение при конденсации жидкой фазы на твердой подложке.

3. Мартенситные превращения

Формально-геометрическая теория мартенситного превращения. Мартенситное превращение как распространение волны переключения в бистабильной среде. Деформация решетки и деформация формы.  Внутренняя структура мартенсита. Термодинамика мартенситного превращения. Термоупругое равновесие. Квазиравновесность мартенситных состояний. Термоупругие мартенситные превращения. Мартенситные превращения как механизм деформации. Эффекты памяти формы.

Приблизительные вопросы для экзамена

  1. Классификация фазовых переходов по Эренфесту.
  2. Параметры порядка (определение и примеры).
  3. Потенциал Ландау.
  4. Необходимые условия для существования фазового перехода второго рода
  5. Обобщенная восприимчивость
  6. Описание упорядочения с учетом пространственной дисперсии.
  7. Упругая энергия  ее влияние на фазовые переходы.
  8. Критическая область. Гипотеза подобия.
  9. Критические индексы и соотношения между ними.
  10. Зарождение частиц новой фазы. Частота зарождения, ее температурная зависимость.
  11. Устойчивость однородных твердых растворов. Критическая точка при фазовом переходе первого рода.
  12. Свободная энергия Гельмгольца при потере устойчивости относительно малых флуктуаций
  13. Влияние внешнего поля на фазовый переход. Восприимчивость. Определение слабых и сильных полей.
  14. Корреляция флуктуаций во времени.
  15. Классификация фазовых переходов по типу смещения.
  16. Распределение вероятности для флуктуации величиныв замкнутой системе. Средний квадрат флуктуации.
  17. Спектральное разложение флуктуаций
  18. Симметрия кинетических коэффициентов Онсангера.
  19. Фазовые переходы второго рода. Симметрия в точке перехода. Формула Эренфеста.
  20. Необходимое условие существования фазового перехода второго рода.
  21. Область применимости теории Ландау. Критическая область.
  22. Неравновесный потенциал Ландау
  23. Эволюция ансамбля частиц при распаде пересыщенного твердого раствора.
  24. Теория квазипериодических макрорешеток выделений новой фазы в матрице.
  25. Эволюция ансамбля частиц при распаде пересыщенного твердого раствора.
  26. Зарождение при конденсации жидкой фазы на твердой подложке.
  27. Формально-геометрическая теория мартенситного превращения.
  28. Деформация решетки и деформация формы.
  29. Термодинамика мартенситного превращения.
  30. Квазиравновесность мартенситных состояний.
  31. Мартенситные превращения как механизм деформации.
  32. Эффекты памяти формы.
  33. Зарождение частиц новой фазы. Частота зарождения, ее температурная зависимость.
  34. Зарождение частиц новой фазы на твердой подложке.
  35. Зарождение частиц новой фазы на жидкой подложке подложке.
     

Основная литература

  1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика, ч. I. -584с.
  2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.. Физичекая кинетика, 1979.- 527с.
  3. Кацнельсон А.А., Олемской А.И.. Микросопическая теория неоднородных структур. Изд. Моск. Университета, 1987. - 332с.
  4. Паташинский А.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. - М.: Наука. - 381с.
  5. Брус А.и Каули Р. Структурные фазовые переходы. - М.: Мир, 1984, 352с.
  6. Хачатурян А.Г. Теория фазовых переходов и структура твердых растворов. - М.: Наука. - 384с.
  7. Любов Б.Я. Кинетическая теория фазовых превращений. - М.: Металлургия, 1969.
  8. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. - М.: Мир, 1978.
  9. Бокштейн Б.С., Бокштейн З.С., Жуховицкий А.А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. - М.: Металлургия, 1976.
  10. Уманский Я.С, Скаков Ю.А. Физика металлов. - М.: Атомиздат, 1978.  352с.
  11. Паскаль Ю.И., Борисов С.С.. Химический формализм в теории фазовых превращений. Изд. ТГУ.  1980. - 190с.
  12. Паскаль Ю.И. Термодинамика и кинетика  фазовых превращений. Изд. ТГУ 1977. - 199с.

Дополнительная литература

  1. Эффекты памяти формы и их применение в медицине. Под ред. Монасевича Л.А.- Новосибирск: Наука, 1992.