Об ударно-волновом полиморфном переходе в непористом веществе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлена термодинамическая модель, позволяющая хорошо описать состояние вещества после ударно-волнового полиморфного превращения мартенситного типа. На основе обработки известных экспериментальных данных для значительного числа веществ получены важные уточнения классической концепции двухволнового полиморфизма. Показано, что на фазовой (p–V)-плоскости точки итогового состояния вещества после фазового перехода и состояния на фронте головной ударной волны при заданной ее скорости всегда лежат на одной и той же прямой Рэлея. Также показано, что удельный объем вещества после фазового перехода равен его значению, задаваемому упругой составляющей уравнения состояния новой фазы при давлении и соответствующему точке пересечения линии Рэлея и адиабаты Гюгонио для головной ударной волны.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Кинеловский

Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: skin@hydro.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Duvall G.E., Graham R.A. Phase transitions under shock-wave loading // Rev. Modern Phys. 1977. V. 49. № 3. P. 523–579. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.49.523
  2. Альтшулер Л.В. Фазовые превращения в ударных волнах (обзор) // ПМТФ. 1978. № 4. С. 93–103.
  3. Экспериментальные методы и средства в физике экстремальных состояний вещества: монография / Под ред. академика Р.И. Илькаева, д. т. н. А.Л. Михайлова, д. ф.- м. н. М.В. Жерноклетова. М.: РАН, ВНИИЭФ, 2021. 483 с.
  4. Подурец М.А., Симаков Г.В., Трунин Р.Ф. О фазовом равновесии в ударно-сжатом кварце и о характере кинетики фазового перехода // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1976. № 7. С. 3–13.
  5. Подурец М.А., Симаков Г.В., Телегин Г.С., Трунин Р.Ф. Полиморфизм кремнезема в ударных волнах и уравнение состояния коэсита и стишовита // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1981. № 1. С. 16–27.
  6. Ахмадеев Н.X., Нигматулин Р.И. Ударные волны и фазовые превращения в железе // ПМТФ. 1976. № 5. С. 128–135.
  7. Shen Y., Jester S.B., Qi T., Reed E.J. Nanosecond homogeneous nucleation and crystal growth in shock-compressed SiO2 // Nature Materials. 2016. V. 15. P. 60–65. https://doi.org/10.1038/nmat4447
  8. Tracy S.J., Turneaure S.J., Duffy T.S. X-ray diffraction of shock-compressed fused silica // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. 135702. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.135702
  9. Tracy S.J., Turneaure S.J., Duffy T.S. Structural response of a-quartz under plate-impact shock compression // Sci. Adv. 2020. V. 6. eabb3913 1–8. https://doi.org/10.1126/sciadv.abb3913
  10. LASL Shock Hugoniot Data / Ed. S.P. Marsh. Berkeley: Univ. California Press, 1980.
  11. Электронная база данных ударно-волновых экспериментов. [Электрон. ресурс]. Режим доступа: http://www.ihed.ras.ru/rusbank/catsearch.php.
  12. Кинеловский С.А. Модель полиморфного превращения вещества в ударной волне. 1. Углерод // ПМТФ. 2020. Т. 61. № 4. С. 141–150. https://doi.org/10.15372/PMTF20200416
  13. Кинеловский С.А. Модель полиморфного превращения вещества в ударной волне. 2. Кремнезем // ПМТФ. 2021. Т. 62. № 2. С. 42–52. https://doi.org/10.15372/PMTF20210204
  14. Кинеловский С.А. Модель полиморфного превращения вещества в ударной волне. 3. Нитрид бора // ПМТФ. 2021. Т. 62. № 4. С. 22–33. https://doi.org/10.15372/PMTF20210403
  15. McQueen R.G., Marsh S.P., Taylor J.W. et al. The equation of state of solids from shock wave studies // High Velocity Impact Phenomena / Ed. R. Kinslow. N.Y.: Academic Press, 1970. P. 293–417; appendixes on P. 515–568.
  16. Альтшулер Л.В., Чекин Б.С. Метрология импульсных давлений // Доклады I Всесоюзного симпозиума по импульсным давлениям. М.: ВНИИФТРИ, 1974. С. 5–22.
  17. Альтшулер Л.В., Баканова А.А., Дудоладов И.П. и др. Ударные адиабаты металлов. Новые данные, статистический анализ и общие закономерности // Прикладная механика и техническая физика. 1981. № 2. С. 3–34.
  18. Экспериментальные данные по ударно-волновому сжатию и адиабатическому расширению конденсированных веществ: научное издание / Под ред. Р.Ф. Трунина. 2-е изд. Саров: РФЯЦ – ВНИИЭФ, 2006. 532 с.
  19. Knudson M.D., Lemke R.W., Hayes D.B. et al. Near-absolute Hugoniot measurements in aluminum to 500 GPa using a magnetically accelerated flyer plate technique // J. Appl. Phys. 2003. V. 94. № 7. P. 4420–4431. https://doi.org/10.1063/1.1604967
  20. Подурец М.А., Ктиторов В.М., Трунин Р.Ф. и др. Ударноволновое сжатие алюминия при давлениях в 1.7 ТПа // ТВТ. 1994. V. 32. № 6. P. 952–955.
  21. McQueen R.G., Marsh S.P. Report No. GMX-6-566. Los Alamos Sci. Lab. 1964. P. 51–62.
  22. Альтшулер Л.В., Баканова А.А., Дудоладов И.П. Влияние электронной структуры на сжимаемость металлов при высоком давлении // ЖЭТФ. 1968. Т. 53. № 6. C. 1967–1977.
  23. Козлов Е.А., Елькин В.М., Бычков И.В. Термодинамически полное уравнение состояния твердых фаз и фазовые превращения циркония в волнах напряжений // Физика металлов и металловедение. 1996. Т. 82. № 4. С. 22–30.
  24. McQueen R.G., Marsh S.P. Hugoniots of graphytes of various initial densities and the equation of state of carbon // Behavior of Dense Media under High Dynamic Pressure New York: Gordon and Breach, 1968. P. 207–216.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость массовой скорости вещества от скорости УВ для Al. 1 – адиабата Гюгонио fcc-Al (9), 2 – расчетная зависимость для фазы hcp-Al, 3 – расчетная зависимость для фазы bcc -Al. Экспериментальные данные: 4 – [10, 15], 5 – [11, 16, 17], 6 – [11, 18], 7 – [19], 8 – [11, 20].

Скачать (12KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость массовой скорости вещества от скорости УВ для Zr. 1 – адиабата Гюгонио α-Zr (9), 2 – расчетная зависимость для фазы ω-Zr, 3 – расчетная зависимость для фазы β-Zr. Экспериментальные данные: 4 – [10, 21], 5 – [10], 6 – [22], 7 – [23].

Скачать (12KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости ρ(D) для каждой из фаз Zr. Линии – расчет по рассматриваемой модели: 1 – головная УВ, 2 – переход к ω-фазе, 3 – переход к β-фазе. Экспериментальные данные: 4 – [10, 21], 5 – [10], 6 – [22], 7 – [23].

Скачать (13KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости ρ(D) для перехода графит – алмаз. Линии – расчет по рассматриваемой модели: 1 – головная УВ, 2 – переход к алмазу. Экспериментальные данные: 3 – [11, 18], 4 – [10], 5 – [10, 24].

Скачать (13KB)
Метаданные
6. Рис. 5. (p-V)-диаграмма полиморфного перехода графит – алмаз: 1 – ударная адиабата графита; 2 – расчетная ударная адиабата алмаза; 3, 4 – кривые упругого сжатия графита и алмаза соответственно; 5, 6 – линии Рэлея для D = 8.5 и 10.15 км/с соответственно. Точки: А, В – состояния на адиабате Гюгонио 1 для двух указанных значений D; А1, В1 – состояния на кривой упругого сжатия, соответствующие давлению на адиабате Гюгонио; С, С1 – соответствующие состояния после фазового перехода; a, b, c, d – линии, показывающие значения координат соответствующих точек; 7 – экспериментальные точки [18]; закрашенные точки относятся к итоговому состоянию, соответствующему линиям Рэлея 5 и 6.

Скачать (19KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025