Фазовые диаграммы многокомпонентных систем

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра физики конденсированных сред Института физики твердого тела РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 4-й курс, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Антонов Владимир Евгеньевич

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 40

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Диаграммы фазовых равновесий широко используются в науках о материалах, геофизике, физике высоких давлений и многих других дисциплинах, являясь основой для изучения и понимания изменений фазового состава гетерогенных систем при изменении температуры и давления. Курс лекций посвящен диаграммам систем, в которых фазовое равновесие достигается за счет диффузионного перераспределения компонентов – атомов или молекул. Такие системы (например, система железо-углерод) предоставляют возможность наиболее глубокого и систематического анализа фазовых диаграмм, для которых обязан выполняться ряд правил геометрической термодинамики (правило фаз Гиббса, правило соприкосновения фазовых пространств Палатника-Ландау, теорема Райнза, правило тройных стыков граничных линий и др.). В рамках курса дается вывод этих правил и на большом количестве конкретных примеров подробно рассматриваются возможные типы фазовых равновесий в одно-, двух- и трехкомпонентных системах, и подходы к их анализу, обеспечивающие наиболее полное извлечение информации, содержащейся в диаграмме. Курс предназначен для подготовки специалистов, способных понимать и использовать фазовые диаграммы для решения различных материаловедческих задач, совершенствования существующих и создания новых материалов

Цель освоения дисциплины

использованию законов физики металлов, химии и термодинамики для анализа фазовых равновесий в гетерогенных системах
определению путей кристаллизации расплавов металлов и других веществ
расчету изменений фазового состава различных систем при термобарической обработке

Планируемые результаты обучения

Знать фундаментальные разделы физики, необходимые для решения научно-исследовательских задач в области изучения и целенаправленного формирования фазового состава многокомпонентных сплавов
Знать фундаментальные разделы физики, необходимые для решения научно-исследовательских задач в области изучения и целенаправленного формирования соединений с оптимальными служебными характеристиками.
Уметь использовать знания современных проблем физики и новейших достижений физики (в том числе, теорем и правил геометрической термодинамики) в своей научно-исследовательской деятельности.
Владеть расчетными методами решения задач при создании новых функциональных материалов.
Владеть навыками поиска данных в открытых источниках (в том числе, в информационных базах данных) и применению их при решении практических задач при создании новых функциональных материалов.

Содержание учебной дисциплины

Основные понятия и подходы, используемые при изучении фазовых равновесий
фазы, независимые компоненты, стабильные и метастабильные равновесия, правило фаз Гиббса, теоремы Палатника и Райнза, правило креста
Диаграммы однокомпонентных систем
основные типы T-P и T-V диаграмм, температурные и барические зависимости энергии Гиббса, ограничения на расположение линий стабильного равновесия из наличия метастабильных равновесий, критические явления
Диаграммы двухкомпонентных систем
основные типы T-c диаграмм и их анализ исходя из взаимного расположения кривых свободной энергии фаз, фазовые границы вблизи чистого вещества, анализ вырожденных равновесий, выявление ошибок на фазовых диаграммах, основы термической обработки сталей
Диаграммы трехкомпонентных систем
концентрационный треугольник Гиббса и его особые сечения; системы без твердых растворов: теорема Алкемаде, правило касательной к граничной линии, правила Свенсона; системы с твердыми растворами: изотермические сечения и пути кристаллизации, ограничения на расположение фазовых границ фазовых вблизи четверных точек
Диаграммы четырехкомпонентных систем
изотермические тетраэдры и их особые сечения, геометрические образы равновесий различного числа фаз, пути кристаллизации для системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состоянии

Элементы контроля

Контрольные работы
По курсу «Фазовые диаграммы многокомпонентных систем» студент должен выполнить 3 контрольных работы в течение семестра (соответственно, по одно-, двух- и трехкомпонентным системам).
Экзамен
устный экзамен в формате беседы по программе курса.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.6 * Контрольные работы + 0.4 * Экзамен

Программа дисциплины