Астапчик С.А. Формирование периодических структур при направленной кристаллизации, лазерной обработке и осаждении / Астапчик С.А., Береза Н.А. - Минск: Беларуская навука, 2009. - 239 с. - ISBN 978-985-08-1038  Место хранения:   053 | Институт лазерной физики CO РАН | Новосибирск | Библиотека

Оглавление / Contents

От авторов ...................................................... 3 Глава 1. Формирование периодических структур при кристаллизации после воздействия лазерного излучения на металлические сплавы, полупроводники при направленной кристаллизации и осаждении (эксперимент) .......................................... 8 1.1. Формирование и исследование периодических объемных структур: ячеистой, ячеисто-дендритной и дендритной ........ 8 1.1.1. Формирование ячеистой, ячеисто-дендритной и дендритной структур при воздействии на металлические сплавы лазерного излучения с длиной волны порядка 1 мкм ................................. 8 1.1.2. Области практического применения ячеистых, ячеисто-дендритных и дендритных структур ........... 21 1.2. Формирование периодических поверхностных структур при воздействии на материалы лазерного излучения .............. 25 1.2.1. Формирование периодических поверхностных структур при воздействии рубинового, ультрафиолетового лазеров и СO2-лазера ............................... 25 1.3. Формирование периодических поверхностных структур методом осаждения ......................................... 30 1.3.1. Формирование ячеистой структуры на сплавах Со-Сr, Со-Сr-Та, Fe-Ni и др. .............................. 30 1.3.2. Области практического применения периодических структур, сформированных методом осаждения ......... 33 1.4. Формирование лазерно-стимулированных упорядоченных наностуктур на поверхности кристаллов ..................... 34 1.4.1. Формирование лазерно-стимулированных упорядоченных наноструктур на поверхности CdTe- кристаллов ......................................... 34 1.4.2. Формирование наноструктур в коррозионно-стойком покрытии Al-C-Ti на магниевом сплаве AZ91D при многократном импульсном воздействии лазеров Nd:YAG и Nd-Glass .................................. 35 1.4.3. Формирование наноструктур при воздействии ультра- фиолетового лазера и их практическое применение .... 36 Глава 2. Проблема устойчивости плоской поверхности расплав- кристалл в условиях кристаллизации бинарных сплавов (теория) .............................................. 38 2.1. История исследуемого вопроса .............................. 38 2.1.1. Критерии устойчивости поверхности расплав- кристалл при равновесной кристаллизации ............ 45 2.2. Равновесная кристаллизация ................................ 47 2.2.1. Ограниченная диффузия в жидкости ................... 50 2.2.2. Влияние конвективного перемешивания ................ 52 2.2.3. Концентрационное переохлаждение и образование ячеек (теория В. Тиллера, Б. Чалмерса, В. Раттера и К. Джексона) ..................................... 58 2.2.4. Задача об устойчивости плоской поверхности расплав-кристалл в условиях медленной кристаллизации разбавленных бинарных сплавов (В. Маллинза и Р. Секерки) ......................... 62 2.2.5. Задача об устойчивости плоской поверхности расплав-кристалл в условиях медленной кристаллизации. Однопараметрическая модель (Л. Унгара и Р. Брауна) ............................ 70 2.2.6. Задача о морфологической устойчивости вблизи границы расплав-кристалл с учетом ее зеренной структуры при кристаллизации бинарных сплавов (С. Кориэлл и Р. Секерка) .......................... 77 2.2.7. Другие задачи об устойчивости плоской поверхности расплав кристалл в условиях медленной кристаллизации ..................................... 84 2.2.8. Задача о конвекции растворенного вещества в условиях градиентов температуры и концентрации при медленной кристаллизации (С. Кориэлла, М. Кордеса, В. Боэттингера и Р. Секерки) ........... 86 2.2.9. Задача о термокапиллярной конвекции на свободной поверхности в расплавах полупроводников при медленной кристаллизации (В.И. Полежаева) .......... 96 2.2.10 Формирование ячеистых структур при направленной кристаллизации бинарных сплавов и при горении ламинарного пламени в горючих газовых смесях (модели Я.Б. Зельдовича, Л.Д. Ландау, Ю.И. Петухова) ......................................... 102 2.2.11 Модель обменных взаимодействий для процесса кристаллизации из парогазовой среды ............... 103 2.3. Неравновесная кристаллизация ............................. 105 2.3.1. Задача об устойчивости плоской поверхности расплав-кристалл в переохлажденных расплавах бинарных сплавов в условиях скоростной кристаллизации (Р. Трайведи и В. Курца) ........... 106 237 2.3.2. Процессы плавления и кристаллизации сплавов в условиях лазерной обработки с плотностью мощности излучения q ∼108 -1010 Вт/м2 как импульсного с τ ∼ 1 мс, так и непрерывного воздействия ....................................... 108 2.3.3. Особенности кристаллизации сплавов при лазерной обработке в исследуемом диапазоне ................. 111 2.3.4. Расширенная модель устойчивости плоского фронта для скоростной кристаллизации неразбавленных расплавов в тонких пленках (Д. Брунко, М. Томпсона, Д. Хоглунда и М. Азиза) ................. 112 2.3.5. Модель устойчивости плоского фронта для направленной кристаллизации с высокими скоростями (В. Боэттингера и Дж. Варрена) ......... 114 2.3.6. Модель лазерной перекристаллизации в тонком поверхностном слое (П.К. Галенко, Д.А. Данилова, С.Л. Соболева и др.) .............................. 114 2.3.7. Модель устойчивости плоского фронта для скоростной кристаллизации металлических сплавов после лазерной обработки (В. Гуо и А. Ка) ......... 118 2.3.8. Модель нерезонансного взаимодействия импульсного лазерного излучения с Ge/Si гетеро- и наноструктурами (Г.Д. Ивлева, Е.И. Гацкевич) ...... 119 2.3.9. Кинетика скоростной кристаллизации на границе расплав-кристалл (модель М. Азиза) ................ 121 2.3.10 Краткий обзор последних работ по направленной кристаллизации. Открытие новых структур ........... 126 Глава 3. Расчет параметров кристаллизации и определение критических значений параметра G/V, управляющего сменой морфологии фронта: плоский → ячеистый → дендритный при воздействии лазерного излучения ....... 134 3.1. Теоретические модели расчета параметров кристаллизации металлов и сплавов, в том числе параметры G/V ............ 134 3.1.1. Случай импульсного лазерного воздействия .......... 135 3.1.2. Случай непрерывного лазерного воздействия ......... 138 3.1.3. Результаты расчетов параметров кристаллизации ..... 143 3.1.4. Определение критических значений (G/V)кр .......... 148 Глава 4. Конвективный механизм формирования периодических объемных структур в металлических сплавах и полупроводниках под действием лазерного излучения .... 152 4.1. Физическая модель нарушения устойчивости плоского фронта кристаллизации при импульсном лазерном воздействии .............................................. 152 4.1.1. Физическая модель нарушения устойчивости плоского фронта кристаллизации и формирования ячеистой структуры за счет концентрационно- капиллярной и термокапиллярной конвекции на границе расплав-кристалл в бинарных сплавах ....... 152 4.2. Математические модели нарушения устойчивости плоского фронта кристаллизации и их решения ....................... 169 4.2.1. Первая математическая модель задачи о нарушении устойчивости плоского фронта кристаллизации и формировании ячеистой структуры за счет концентрационно-капиллярной и термокапиллярной конвекции на границе расплав-кристалл в бинарных сплавах в условиях лазерного воздействия .......... 169 4.2.2. Метод решения задачи на устойчивость плоского фронта при скоростной кристаллизации бинарных сплавов ........................................... 173 4.2.3. Случай задачи, когда конвективный механизм преобладает над диффузионным механизмом перераспределения компонентов сплава в расплаве ... 177 4.2.4. Описание решений задачи по первой модели .......... 188 4.2.5. Вторая математическая модель задачи о нарушении устойчивости плоского фронта кристаллизации и формировании ячеистой структуры в бинарных сплавах в условиях лазерного воздействия .......... 194 4.3. Экспериментальная проверка конвективной модели формирования ячеистой структуры в бинарных системах при скоростной кристаллизации ............................ 199 4.3.1. Исследование ячеистой структуры методами растровой микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа ................ 199 4.3.2. Особенности экспериментальной проверки конвективной модели ............................... 201 Глава 5. Краткий обзор по теории магнетизма в упорядоченных наноструктурах, полученных методами осаждения ........ 203 5.1. Моделирование механизма Ланжевена намагничивания ячеистых наноструктур .................................... 203 5.2. Точное и эффективное трехмерное моделирование металлической магнитной ленты, полученной напылением ..... 208 Литература .................................................... 209