Phase Diagrams of Multicomponent Systems

2020/2021

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

3

ECTS credits

Delivered at:

Joint Department of Condensed Matter Physics with the Institute of Solid State Physics (RAS)

Course type:

Compulsory course

When:

4 year, 3 module

Instructor

Antonov, Vladimir

Программа дисциплины

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

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Диаграммы состояний четверных систем, Захаров, А. М., 1964
• Диаграммы состояния двойных и тройных систем : учебное пособие, Захаров, А. М., 1978
• Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Курс теоретической физики. Статистическая физика - Издательство "Физматлит" - 2001 - 616с. - ISBN: 978-5-9221-0054-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2230

Рекомендуемая дополнительная литература

• Теоретическая физика. Т. 5: Статистическая физика: Ч. 1, Ландау, Л. Д., 2013