Научный архив: статьи

Изучен рост свободного дендрита в однокомпонентном переохлажденном расплаве. Учтено, что по мере увеличения переохлаждения усиливается роль локально-неравновесного теплопереноса, повышается степень нестационарности процессов на фазовой границе. Предметом исследования являются морфологические свойства фронта кристаллизации и возникновение боковых ветвей дендрита. Рассмотрен класс поверхностей роста, скорость перемещения которых есть физически содержательная функция локального угла наклона поверхности к оси дендрита. Математическим аналогом такого подхода является задача отыскания формы тел, которые подвергаются аэродинамическому нагреву и уносу массы с обтекаемой поверхности. Изучены два (неособый и особый) автомодельных режима эволюции поверхности роста. В неособом случае по мере заострения вершины сохраняется вид первоначального контура поперечного сечения; например, впадина сужается в направлении роста. Особое автомодельное решение дает в начальном состоянии вершину, которая расщеплена на четыре самостоятельные ветви; в течение конечного промежутка времени наблюдается слияние этих ветвей в одну точку – вершину дендрита. Прикладные аспекты данной работы связаны с методами высокоскоростного затвердевания расплава и получением материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Изучены эволюционные свойства линии роста свободного дендрита в переохлажденном расплаве чистого вещества. Определены условия морфологической устойчивости / неустойчивости фазовой границы кристаллизации на конечном удалении от вершины дендрита. Для обработки известных в литературе экспериментальных данных о росте кристалла из однокомпонентного переохлажденного расплава предложен параметр роста, который несет информацию о кинетических свойствах фазовой границы кристаллизации и о теплофизических свойствах расплава. Для никеля и меди получены аппроксимирующие функции, определяющие зависимость параметра роста от переохлаждения расплава. Изучены пять вариантов возмущения линии роста, вычислены скорости волн возмущения, распространяющихся по пространственно-неоднородному фону. Указаны ситуации, для которых устойчивость / неустойчивость роста зависит от направления движения волны (к вершине либо от вершины); вычислено пороговое значение ширины зоны неоднородности фона. Определены частоты возбуждающих колебаний и параметр затухания возмущения во времени. Выполнены подробные числовые расчеты, позволившие сопоставить друг с другом свойств дендритного роста для никеля и меди. Дана приближенная аналитическая оценка скорости роста основания боковой ветви.