Механизмы кристаллизации жидкого углерода, полученного при плавлении графита импульсом лазера в газовых средах с давлением ∼ 10 МПа

• Автор: Турчанинов, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Москва - 2010 Оглавление

Введение и постановка задач исследования

Глава I. Обзор литературы

1.1. Аллотропия и фазовая диаграмма углерода

1.2. Избранные вопросы фазовой диаграммы углерода

1.2.1. Экспериментальные данные по давлению в тройной точке углерода графит-жидкость-пар

1.2.2. Линия плавления алмаза и параметры тройной точки алмаз—

графит-жидкость

1.2.3. Проблема метастабильного продолжения линии плавления алмаза в область давлений близких к 10 МПа

1.3. Зародышеобразование при' затвердевании переохлажденной жидкости

1.4. Наблюдения плавления и затвердевания графита, не связанные с определением давления в тройной точке углерода графит-жидкость-пар
1.5. Конкретизация задач исследования
Глава II. Установка с лазерным нагревом для получения образцов затвердевшего жидкого углерода и методы исследования их структуры и морфологии
2.1. Экспериментальная установка
2.1.1. Г азостат и система создания высокого давления
2.1.2. Лазерный источник нагрева и оптический тракт
2.1.3. Рабочая ячейка
2.2. Характеристика исходных образцов графита и последовательность проведения экспериментов
2.3. Примененные методы исследования морфологии, структуры и состава образцов затвердевшего жидкого углерода
2.3.1. Методы исследования морфологии поверхности образцов
2.3.2. Методы исследования структуры образцов
2.3.3. Методы исследования химического состава образцов
2.4. Временные и пространственные масштабы процессов
2.5. Результаты наладочных экспериментов
2.6. Выводы
Глава III. Исследование механизмов и продуктов кристаллизации
жидкого углерода, полученного плавлением базисной грани графита
3.1. Прецизионное определение давления в тройной точке углерода графит-жидкость-пар
3.2. Явления, сопровождающие лазерный нагрев
.3.2.1. Обратный поток пара на поверхность
3.2.2. Термомеханические процессы
3.3. Исследование слоисто-спирального роста графита
3.3.1. Слоисто-спиральный рост графита при рНе> ртг
3.3.2. Слоисто-спиральный рост графита при рне"^ ртг
3.4. Протуберанцы
3.5. Цилиндрические структуры
3.6. Обсуждение результатов
Глава IV. Исследование механизмов и продуктов кристаллизации
жидкого углерода, полученного плавлением призматической грани графита
4.1. Исследование формо- образования при затвердевании жидкого углерода, полученного плавлением призматической грани НОРС
4.2. Исследование структуры образцов
4.3. Выводы
Г лава V. Поверхностные свойства на границе раздела жидкий углерод и
модели процессов затвердевания
5.1. Определение краевого угла смачивания жидким углеродом
базисной грани графита
5.2. Построение метастабильного продолжения линии плавления алмаза до давления 10 МПа
5.2.1. Оценка температуры плавления метастабильного алмаза
5.2.2. Расширенная линия плавления алмаза с областью сосуществования метастабильных состояний жидкий углерод-алмаз
5.2.3. Оценка достоверности известных линий плавления алмаза
5.3. Оценка баланса энергии во время образования графитового и алмазного зародышей
Выводы
Заключение
Список литературы

Рис. 1.15. Качественная зависимость энергии A G от радиуса кластера, формирующегося в переохлажденном расплаве. AGmax - энергия активации для образования зародыша критического размера RKp
При допущении сферической геометрии зародыша баланс энергии А(7(7?) при гомогенном зародышеобразовании можно записать в виде:
AGr0M{R) = AG0(R) + AGn(R), (1.4)
где AG0(R), AGJR) — зависимости объемной и поверхностной свободной энергии соответственно, выражаемые формулами:
АС70(Л) = -|яЛ3-АС?т.ж (1.5)
AGn{R) = 4nR2-v,._x, (1.6)
где разница свободной энергии Гиббса АСТ.Ж выражается соотношением:
лси-д/Æ (1.7)

Здесь АН - энтальпия плавления; Тпп - температура плавления; АТ -переохлаждение; ат_ж — энергия поверхности раздела твердое-жидкость. Зависимость AGroM(R) приведена на рис. 1.15.