Бокштейн Б.С., Похвиснев Ю.В., Родин А.О. Физика процессов на поверхностях раздела в металлах и сплавах

2022. 160 с.

Серия: Классика инженерной мысли: металловедение

Белая офсетная бумага

Твердый переплет

Аннотация

Настоящее учебное пособие было создано на основе учебного курса, который авторы в различных вариантах в течение многих лет читали бакалаврам, магистрам и аспирантам Института новых материалов и нанотехнологий Национального исследовательского технологического университета «МИСиС». В первой части изложены основы термодинамического описания поверхностей раздела. Во второй и третьей частях рассмотрены процессы, протекающие на основе диффузионного... (Подробнее)

Оглавление

Оглавление				3
Предисловие				6
Введение				7
Глава 1. Термодинамика поверхностей раздела				13
1. Метод избытков Гиббса				13
2. Изотермы адсорбции				17
2.1. Изотерма Лангмюра				17
2.2. Статистический вывод изотермы Лангмюра—МакЛина				19
2.3. Изотерма с отравленными местами				22
2.4. Адсорбция на неоднородной поверхности				23
3. Модель Гуггенгеймa. Уравнения Жуховицкого				25
4. Взаимодействие примесей на поверхности				28
5. Адсорбции с образованием комплексов				30
6. Компьютерное моделирование атомных комплексов на границах зерен				33
7. Фазовые переходы на границах зерен. Концентрационный фазовый переход				38
8. Экспериментальные методы изучения адсорбции в границах зерен				44
Контрольные вопросы к главе 1				50
Задачи к главе 1				53
Глава 2. Диффузия по границам зерен				56
1. Первые эксперименты				56
2. Самодиффузия по границам зерен. Модель Фишера				58
3. Кинетические режимы самодиффузии по границам зерен				66
4. Движущие силы диффузии в границах зерен				69
5. Экспериментальные результаты самодиффузии по границам зерен				71
6. Особенности гетеродиффузии. Коэффициент обогащения				73
7. Вычисление коэффициента обогащения на основе диффузионных измерений				76
8. Влияние адсорбции на диффузию по границам зерен				80
9. Диффузия вдоль одиночных границ зерен и границ фаз				84
10. Механизм диффузии по границам зерен				91
Контрольные вопросы к главе 2				93
Задачи к главе 2				95
Глава 3. Поверхностная диффузия				99
1. Структура поверхности. Модель TLK. Механизм поверхностной диффузии				99
2. Сглаживание поверхностного гофра				102
3. Механизмы сглаживания поверхностного гофра				104
4. Канавки термического травления				108
5. Канавки жидкометаллического травления				110
6. Диффузия по границам зерен в наноматериалах				112
Контрольные вопросы к главе 3				115
Задачи к главе 3				116
Решения задач				118
Решения задач к главе 1				118
Решения задач к главе 2				128
Решения задач к главе 3				139
Литература				144
Приложения				145
1. Домашнее задание № 1 к разделу «Термодинамика поверхностей раздела» (многовариантная задача)				145
2. Домашнее задание № 2 к разделу «Термодинамика поверхностей раздела»				148
3. Домашнее задание № 3 к разделу «Диффузия по границам зерен»				153

Предисловие

Это учебное пособие возникло из учебного курса, который авторы на протяжении многих лет в разном объеме предлагали бакалаврам, магистрам и аспирантам института новых материалов и нанотехнологий НИТУ «МИСиС», обучающимся по направлениям «Физика конденсированного состояния», «Наноматериалы», «Физическое материаловедение».

Вначале содержание курса ограничивалось термодинамикой поверхностей раздела: методом избытков Гиббса, адсорбцией, фазовыми переходами. Постепенно, в прямой связи с научными интересами авторов, акценты смещались в сторону поверхностей раздела, прежде всего границ зерен. Появлялись новые модели адсорбции, такие как изотерма адсорбции с «отравленными» местами, адсорбция с образованием комплексов. Появились новые части: диффузия по границам зерен и по свободной поверхности, роль атомных комплексов в процессах зернограничной диффузии, диффузия в наноматериалах.

Помимо лекционного материала, курс содержит задачи с решениями, тесты с вопросами для проверки усвоения полученных знаний и домашние задания по различным раздела курса.

В создании этого учебника, а также домашних заданий и разделов курса, связанных с образованием и ролью атомных комплексов, деятельную и важную помощь оказали наши коллеги, ныне работающие за рубежом: Леонид Клингер, Михаил Менделев, Владимир Есин, которым авторы выражают глубокую признательность. Мы также благодарны всем коллегам кафедры физической химии НИТУ «МИСиС» за полезное обсуждение деталей предлагаемого курса.

Просим читателей присылать замечания и предложения на адрес редакции: editor@urss.ru

Об авторах

Бокштейн Борис Самуилович

Доктор физико-математических наук по специальности «Физика твердого тела», профессор. Профессор кафедры физической химии НИТУ «МИСиС». Заслуженный деятель науки РФ, почетный работник высшего профессионального образования РФ, почетный член Французского общества металлургии и материалов, Соросовский профессор. Область научных интересов: термодинамика и кинетика процессов в твердых телах, диффузия и дефекты в металлах, сплавах, аморфных и нанокристаллических материалах, диффузия и сегрегация в межкристаллитных границах (границах зерен, межфазных границах), зернограничное смачивание. Член редколлегий российских и международных журналов. Автор более 250 научных статей, 10 книг и 4 учебников.

Похвиснев Юрий Валентинович

Кандидат технических наук по специальности «Металлургия черных металлов», старший научный сотрудник. Доцент кафедры физической химии, заместитель директора научно-учебного центра «Ромелт» НИТУ «МИСиС». Область научных интересов: технология и физико-химические исследования процессов жидкофазного восстановления черных металлов, термодинамические и технологические расчеты металлургических процессов, управление жидкофазными процессами. Автор более 100 научных работ и патентов, в том числе двух учебников.

Родин Алексей Олегович

Кандидат физико-математических наук по специальности «Физика конденсированного состояния», доцент. Доцент кафедры физической химии НИТУ «МИСиС». Область научных интересов: диффузионные процессы, описание эволюции систем на основе термодинамического моделирования и построения кинетических (диффузионных) моделей. Автор более 80 научных работ.