Динамические свойства возмущенной линии роста дендрита при кристаллизации из переохлажденного чистого расплава

Abstract

Изучено уравнение роста кристалла, содержащее информацию об отклонении температуры фазовой границы от ее равновесного значения и учитывающее неоднородность переохлаждения вдоль линии роста. Получены соотношения устойчивости начального состояния вершины дендрита, характеризующие взаимосвязь между режимом эволюции во времени линии роста и морфологическими свойствами возмущенной вершины. Вычислены скорости волн возмущения. Представлена структура изолиний параметров начального состояния носика дендрита. На вершине дендрита рассмотрены апериодический и периодический по времени режимы возмущения скорости и кривизны линии роста. Обнаружено, что при росте частоты колебаний по времени происходит последовательная смена режимов возмущения по отношению к поперечной координате: «периодический процесс затухания» – «гармонические колебания» – «неустойчивость по резонансному типу». Даны оценки скорости волн, бегущих вдоль линии роста и возбуждающих боковую ветвь дендрита. Представлены результаты численных расчетов для чистых расплавов никеля и меди.

The article considers the сrystal growth equation containing information on deviation of phase boundary temperature from its equilibrium value and taking into account non-uniformity of supercooling along growth line.The ratios of stability of the initial state of the dendrite vertex are obtained, characterizing the relationship between the mode of evolution in time of the growth line and morphological properties of the perturbed vertex. Perturbation wave velocities are calculated. The article presents the structure of isolines of parameters of initial state of dendrite spout. Aperiodic and time-periodic modes of speed disturbance and curvature of the growth line are considered at the top of the dendrite. It was found that when the oscillation frequency increases over time, the disturbance modes in relation to the transverse coordinate are changed sequentially: “periodic attenuation process” – “harmonic oscillations” – “resonance-type instability”. Estimates of speed of waves running along growth line and exciting side branch of dendrite are given. The results of numerical calculations presented for pure melts of nickel and copper.