On the shock-wave polymorphic transition in a nonporous substance

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Acesso é pago ou somente para assinantes

Resumo

A thermodynamic model is presented which allows a very good description of the state of matter after shock-wave polymorphic transition of the martensitic type. Based on the processing of known experimental data for a significant number of substances, important refinements of the classical concept of two-wave polymorphism have been obtained. It is shown that on the phase (p–V) plane, the points of the final state of matter after the phase transition and the states at the front of the head shock wave at a given velocity always lie on the same Rayleigh line. It is also shown that the specific volume of matter after the phase transition is equal to its value given by the elastic component of the equation of state of the new phase at pressure corresponding to the point of intersection of the Rayleigh line and the Hugoniot for the head shock wave.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

S. Kinelovskii

Lavrentyev Institute of Hydrodynamics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: skin@hydro.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk

Bibliografia

  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.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Dependence of the mass velocity of the substance on the shock wave velocity for Al. 1 – Hugoniot adiabat fcc-Al (9), 2 – calculated dependence for the hcp-Al phase, 3 – calculated dependence for the bcc -Al phase. Experimental data: 4 – [10, 15], 5 – [11, 16, 17], 6 – [11, 18], 7 – [19], 8 – [11, 20].

Baixar (12KB)
Metadados
3. Fig. 2. Dependence of the mass velocity of the substance on the shock wave velocity for Zr. 1 – Hugoniot adiabat of α-Zr (9), 2 – calculated dependence for the ω-Zr phase, 3 – calculated dependence for the β-Zr phase. Experimental data: 4 – [10, 21], 5 – [10], 6 – [22], 7 – [23].

Baixar (12KB)
Metadados
4. Fig. 3. Dependences ρ(D) for each of the Zr phases. Lines – calculation according to the model under consideration: 1 – head shock wave, 2 – transition to the ω-phase, 3 – transition to the β-phase. Experimental data: 4 – [10, 21], 5 – [10], 6 – [22], 7 – [23].

Baixar (13KB)
Metadados
5. Fig. 4. ρ(D) dependencies for the graphite – diamond transition. Lines – calculation according to the model under consideration: 1 – head shock wave, 2 – transition to diamond. Experimental data: 3 – [11, 18], 4 – [10], 5 – [10, 24].

Baixar (13KB)
Metadados
6. Fig. 5. (p-V)-diagram of the graphite – diamond polymorphic transition: 1 – shock adiabat of graphite; 2 – calculated shock adiabat of diamond; 3, 4 – elastic compression curves of graphite and diamond, respectively; 5, 6 – Rayleigh lines for D = 8.5 and 10.15 km/s, respectively. Points: A, B – states on the Hugoniot adiabat 1 for the two indicated values of D; A1, B1 – states on the elastic compression curve corresponding to the pressure on the Hugoniot adiabat; C, C1 – corresponding states after the phase transition; a, b, c, d – lines showing the coordinates of the corresponding points; 7 – experimental points [18]; shaded points refer to the final state corresponding to Rayleigh lines 5 and 6.

Baixar (19KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025