Оценка устойчивости плоской поверхности кристалла при фазовом превращении в однокомпонентной системе

Резюме

Актуальность работы. Теория фазовых переходов сформулирована для описания эволюции неравновесных систем вблизи от термодинамического равновесия. В течение последних трех десятилетий накоплен обширный экспериментальный материал по высокоскоростным фазовым переходам, из которого следует, что многие метастабильные системы способны претерпевать превращения вдали от термодинамического равновесия, когда нарушаются условия локального равновесия в системе. В статье рассматривается оценка устойчивости плоской поверхности кристалла при фазовом превращении в однокомпонентной системе. Цель исследований. Оценка устойчивости плоской поверхности кристалла при фазовом превращении в однокомпонентной системе, анализ высокоскоростных режимов движения фазовой границы и решение ряда задач формирования кристаллической структуры в системах Методика исследований. Аналитические, математические методы. Феноменологическое и микроскопическое описания однокомпонентной системы. Результаты исследований. Исследована морфологическая устойчивость плоской поверхности кристалла, растущего внутри исходной фазы при следующей схеме теплоотвода: скрытая теплота превращения отводится от границы раздела в обе фазы и за счет внешнего теплообмена – в термостат с заданной температурой. Устойчивость определяется температурой термостата, условиями теплообмена, поверхностным натяжением и кинетикой процессов на границе фаз (натяжение и кинетика считаются изотропными, и механизм роста – нормальным). Выявлена сложная картина чередования областей устойчивости и неустойчивости. Для превращения высокотемпературной фазы в низкотемпературную по мере увеличения переохлаждения имеем в общем случае следующее чередование: устойчивость, неустойчивость, устойчивость, неустойчивость, устойчивость. При обратном превращении: устойчивость, неустойчивость, устойчивость. В адиабатических условиях, когда внешний теплообмен отсутствует, часть областей устойчивости исчезает и имеем: неустойчивость, устойчивость, неустойчивость для прямого превращения и неустойчивость, устойчивость для обратного (в адиабатическом случае анализ справедлив при (То – Т∞) >L/с2, То и Т∞ – температуры равновесия и исходной фазы вдали от растущего кристалла, L – теплота превращения, с2 – теплоемкость исходной фазы). При очень интенсивном внешнем теплообмене (изотермическое превращение) плоский фронт устойчив при любых температурах. Даны оценки критических температур перехода от устойчивости к неустойчивости. Эти оценки согласуются с данными экспериментов по кристаллизации циклогексанола.