ПРОГНОСТИЧЕСКИЙ ПОЛУЭМПИРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ ЗОЛОТА С КРЕМНИЕМ ПО ДАННЫМ КОМПОНЕНТОВ
DOI:
https://doi.org/10.52754/16948645_2026_1(8)_74Ачкыч сөздөр:
золото, кремний, теплоемкость, плотность, коэффициент теплового линейного расширения, теплопро-водность, температуропроводность.Аннотация
Обнаружение хаотичного пространственного распределения (при сохранении ближнего порядка) атомов в сплаве золота с кремнием положило начало не только интенсивному развитию технологических приемов получения сплавов в аморфном состоянии и их широкому практическому применению, но и теоретическому исследованию неупорядоченных систем. Широкий ассортимент аморфных сплавов и уникальность их теплофизических характеристик требуют предварительной оценки свойств сплавов с целью снижения материальных, энергетических и экономических затрат. Со временем или при повышении температуры аморфный металлический сплав подвергается процессу кристаллизации. Этот процесс приводит к формированию упорядоченного распределения атомов в пространстве, что приводит к восстановлению дальнего порядка. Из-за тепловой и временной нестабильности таких материалов возникают проблемы как с определением температурных зависимостей тепловых и других физических свойств, так и с коэффициентами кинетических уравнений. В данной работе предлагается использование модели двухфазной области локального равновесия и эмпирических аппроксимирующих функций для описания теплофизических характеристик сплавов золото-кремний. Применение этой модели основано на том факте, что, согласно принципу Пригожина, термодинамическое равновесие устанавливается гораздо быстрее в небольших локальных областях, чем в массивной выборке в целом. Было установлено, что теоретическое описание адекватно массивам экспериментальных данных для золота и кремния. Расчеты проводились с использованием непрерывных аппроксимирующих функций, которые могут быть использованы для решения других тепловых задач. Тепловые свойства сплавов вычислены с использованием правила смешения компонентов. Показано, что свойства сплавов располагаются в температурных полосах, ограниченных температурными зависимостями компонентов, и наследуют свойства составляющих элементов. Установлено наличие точек неразличимости значений теплопроводностей и температуропроводностей компонентов и сплавов любого состава.
Библиографиялык шилтемелер
Shalnikov A. Superconducting thin films // Nature. 1938. V. 142. Р. 74.
Шальников А.И. Сверхпроводящие свойства тонких металлических слоев. // ЖЭТФ. 1940. Т. 10. № 6. С. 629-640.
Золотухин И.В., Калинин Ю.Е. Аморфные металлические сплавы // Успехи физических наук. 1990. Т. 160, № 9. С. 75-110.
Салли И.В. Физические основы формирования структуры. М.: Металлургиздат, 1963. 219 с.
Klement W., Willens R.H., Duwez P. Non-crystalline structure in solidifies Gold-Silicon alloys // Nature. 1960. V. 187 (4740). P. 869–870. doi: 10.1038/187869b0.
Duwez P., Willens R.H., Klement W. Continuous series of metastable solid solutions in Silver-Copper alloys // J. Appl. Phys. 1960. V. 31(6). P. 1136-1137. doi: 10.1063/1.1735777.
Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник. В 3-х т. Т. 1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. 992 с.
Okamoto H., Massalski T.B. The Au-Si (Gold-Silicon) system // Bull. Alloy Phase Diagr. 1983, V. 4 (2). 190-198. doi: 10.1007/BF02884878.
Shpyrko O.G., Streitel R. Surface crystallization in a liquid AuSi alloy // [Электронный ресурс] arXiv: cond-mat/0607178v1 [cond-mat.soft] 7 Jul 2006. doi: 10. 1126/science.1128314 (Дата обращения 29.06.2024).
Panciera F., Terso J., Gamalski A.D., Reuter M.C., Zakharov D., Stach E.A., Hofmann S., Ross F.M. Surface crystallization in a liquid AuSi and its impact on catalysis // Advanced Materials. 2019. V. 31. № 5. P. 1806544. 10.1002/adma.20 1806544. https://hal.science/hal-02403349.
Waghorne R.M., Rivlin V.G., Williams G.I. Structure of liquid alloys of the Au-Si and Au-Ge systems // J. Phys. F: Metal Phys., 1976. V. 6, №. 2. P. 147-156.
Chen H.S., Turnbull D. Thermal properties of Gold-Silicon binary alloy near the eutectic composition // J. Appl. Phys. 1967. V. 38. P. 3646-3650. doi: 10.1063/1.1710186.
Hübner J.-M., Bierman B.C., Wallenberg R., Fredrickson D.C. Temporary cohabitation: the metastable phase Au4Si. Код доступа: https://figshare.com/articles/journal_contribution/ Tempo-rary_Cohabitation_The_Metastable_Phase_Au_sub_4_sub_Si/21552117/1, ja2c10306_si_001.pdf (Дата обращения 29.06.2024).
Zhang M., Wen J. G., Efremov M.Y., Olson E.A., Zhang Z.S., Hu L., de la Rama L.P., Kummamuru R., Kavanagh K.L., Ma Z., Allen L.H. Metastable phase formation in the Au-Si system via ultrafast nanocalorimetry // J. Appl. Phys. 2012. 111.093516(1-7). doi: 10.1063/1.4 712342.
Kurtuldu G., Lӧffler J.F. Multistep crystallization and melting pathways in the free-energy landscape of a Au–Si eutectic alloy // Adv. Sci. 2020, 7(12), 1903544 (1-7). doi: 10.1002/advs. 201903544.
Pasturel A., Tasci E.S., Sluiter M.H.F., Jakse N. Structural and dynamic evolution in liquid Au-Si eutectic alloy byab initiomolecular dynamics // Phys. Rev. B. 2010. 81(14). doi:10.1103/physrevb. 81.140202.
Lee S.-H., Hwang G.S. Structure, energetics, and bonding of amorphous Au–Si alloys // J. Chem. Phys. 2007. V. 127, 224710 (1-5). doi: 10.1063/1.2815326.
Evenson Z., Yang F., Simeoni G.G., Meyer A. Self-diffusion and microscopic dynamics in a gold-silicon liquid investigated with quasielastic neutron scattering // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 108. 121902 (1-4). doi: 10.1063/1.4944814.
Сидоров Е.В. Физико-химические основы литейного производства. Процессы кристаллизации и структурообразования. Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2011. 230 с.
Терехов С.В. Размытый фазовый переход и теплоемкость твердого тела // Физика и техника высоких давлений, 2022. Т. 32, № 2. С. 36-51.
Физические величины. Справочник / Под. ред. И.С. Григорьева, Е.3. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких темпе-ратурах. М.: Металлургия, 1989. 384 с.
Благородные металлы / Справ. изд. под ред. Савицкого Е.М. М.: Металлургия, 1984. 592 с.
Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. М.: Машиностроение, 1975. 216 с.
Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем / Справочник под ред. Н.А. Силина. М.: НПО «Информация и технико-экономические исследования», 1992. 184 с.
Демин М.М., Алексашкина А.А., Королева О.Н. Атомистическое моделирование характеристик золота в области фазового перехода плавление-кристаллизация // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2020. № 1. 18 с. http://doi.org/ 10.20948/prepr-2020-1.
Мажукин В.И., Королева О.Н., Шапранов А.В., Демин М.М., Алексашкина А.А. Определение теплофизических свойств золота в области фазового перехода плавление-кристаллизация. Молекулярно-динамический подход // Математическое моделирование. 2022. Т. 34, № 1. С. 59-80. doi: 10.20948/mm-2022-01-05.
Магомедов М.Н. Изучение свойств ГЦК-Au в широком диапазоне температур и давлений // Физика твердого тела. 2022. Т. 64, № 7. С. 765-779. doi: 10.21883/FTT. 2022.07.52559.319.
Станкус С.В., Хайрулин Р.А., Тягельский П.В. Термические свойства германия и кремния в конденсированном состоянии // Теплофизика высоких темпера-тур. 1999. Т. 37, № 4. С. 559-564.
Глазов В.М., Щеликов О.Д. Объемные изменения при плавлении и нагреве расплавов кремния и германия // Теплофизика высоких температур. 2000. Т. 38, № 3. С. 429-436. doi: 10.1007/BF02756000.
Глазов В.М., Щеликов О.Д. Температурная зависимость удельного объема кремния и германия в окрестности фазовых переходов кристалл-расплав // Журнал физической химии. 2000. Т. 74, № 7. С. 1258-1265.
Магомедов Я.Б., Гаджиев Г.Г., Омаров З.М. Высокотемпературная теплопроводность и электропроводность германия, кремния и их расплавов. Физика. 2007. Т. 13. № 1-2. С. 91-94.
Червоный И.Ф. Эффект ускоренной кристаллизации кремния и германия // Технологический аудит и резервы производства. 2014. № 1/3(15). С. 46-48.
Королева О.Н., Мажукин А.В. Атомистическое моделирование теплофизических характеристик кремния в области фазового перехода полупроводник-металл // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 74. 24 с. doi:10.20948/ prepr-2018-74.
Хвесюк В.И., Цяо В., Баринов А.А. Определение теплопроводности кремния с детальным учетом кинетики взаимодействия фононов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2022. № 3 (102). С. 57–68. doi: 10.18698/1812-3368-2022-3-57-68.
Терехов С.В. Тепловые свойства металлов. Справочник. Донецк: ДонФТИ им. А.А. Галкина, 2023. 184 с.
Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980. 320 с.
Кошман В.С. Об одном подходе к обобщению опытных данных по теплофизическим свойствам элементов Периодической системы Д.И. Менделеева // Пермский аграрный вестник. 2014. № 2 (6). С. 35-42.
Успенская И.А., Дружинина А.И., Жирякова М.В., Тифлова Л.А., Скворцова Е.Г., Блудова Н.Г. Задачи практикума по физической химии. Расчет термодинамических функций по результатам измерений теплоемкости методом адиабатической вакуумной калориметрии. МГУ, М. (2019). 29 с.
Терехов С.В. Термодинамическая модель размытого фазового перехода в металлическом стекле Fe40Ni40P14B6 // Физика и техника высоких давлений. 2018. Т. 28, № 1. С. 54-61.
Terekhov S.V. Calculation of heat capacity and coefficients of linear thermal expansion of light and heavy platinum triad metals // High Temperature. 2023. V. 61, № 5. P. 617-622. doi: 10.1134/S0018151X23050188.
Терехов С.В. Температурные зависимости теплоемкостей Fe, Co и Ni при наличии структурных и магнитных переходов // Письма в ЖТФ. 2024. Т. 50, № 10. С. 18-21. doi: 10.61011/PJTF.2024.10.57704.19331.
Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Стройиздат, 1967. С. 325.
Герасимов Я.И., Гейдерих В.А. Термодинамика растворов. М.: МГУ. 1980. 184 с.
Stølen S., Grande T. Chemical thermodynamics of materials: macroscopic and microscopic aspects. Chichester West Sussex. John Wiley & Sons Ltd, The Atrium. 2004. 396 p.
Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Структура и свойства металлов и спла-вов. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник. Киев: Наукова думка, 1985. 437 с.
Петрунин Г.И., Попов В.Г. Теплофизические свойства вещества Земли. Ч. 1. М.: МГУ, 2011. 68 с.
Попель П.С., Сидоров В.Е., Бродова И.Г., Кальво-Дальборг М., Дальборг У. Влияние термической обработки исходного расплава на структуру и свойства кристаллических слитков или отливок // Расплавы. 2020. № 1. С. 3-36. doi: 10.31857/S0235010620010065.
Попель П.С., Сидоров В.Е., Кальво-Дальборг М., Дальборг У., Моло-канов В.В. Влияние термической обработки жидкого сплава на его свойства в расплав-ленном состоянии и после аморфизации // Расплавы. 2020. № 3. С. 223-245. doi: 10.31857/S023501062003007X.
Бельтюков А.Л., Русанов Б.А., Ягодин Д.А., Мороз А.И., Стерхов Е.В., Сон Л.Д., Ладьянов В.И. Релаксация в аморфизирующемся расплаве Al–La // Расплавы. 2022. № 5. С. 485-493. doi: 10.31857/S0235010622050024.
Жүктөөлөр
Жарыяланды
Кандай шилтеме берүү керек
Саны (чыгарылыш)
Бөлүм
Лицензия
Copyright (c) 2026 Ош мамлекеттик университетинин Жарчысы. Математика. Физика. Техника
