Метод электромагнитной левитации как техника беcконтейнерного эксперимента

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Электромагнитная левитация является методом бесконтейнерной высокотемпературной обработки металлических, полупроводниковых и сплавных образцов. Этот метод широко применяется для исследования теплофизических и термохимических свойств жидких расплавов, а также кинетики их кристаллизации. Переменное электромагнитное поле приводит к появлению индукционного тока внутри образца, в результате возникает сила Лоренца, направленная противоположно силе гравитации. Сила Лоренца поднимает образец, который благодаря прохождению через него тока нагревается и расплавляется в левитационной камере. Приводится расчётная аналитическая модель процесса левитации образца, рассматриваются строение катушки электромагнитного левитатора и варианты её оптимизации для проведения экспериментов. Проанализирована кинетика высокоскоростного затвердевания переохлаждённых капель в камере электромагнитного левитатора.

Об авторах

Любовь Валерьевна Торопова

Институт естественных наук и математики, Уральский федеральный университет

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Дмитрий Валерьевич Александров

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина

Email: dmitri.alexandrov@usu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6628-745X
доктор физико-математических наук, профессор

Эндрю Као

University of Greenwich

Маркус Реттенмайр

Friedrich-Schiller-University

Петр Константинович Галенко

Friedrich-Schiller-University

Email: peter.galenko@uni-jena.de
ORCID iD: 0000-0002-7069-1754
доктор физико-математических наук, профессор

Список литературы

  1. Herlach D., Holland-Moritz D., Galenko P., Metastable Solids from Undercooled Melts, Elsevier, Amsterdam, 2007
  2. Lavernia E. J., Srivatsan T. S., J. Mater. Sci., 45 (2010), 287
  3. Herlach D. M., Matson D. M. (Eds.), Solidification of Containerless Undercooled Melts, Wiley-VCH, Weinheim, 2010
  4. Фогель А. А., Индукционный метод удержания жидких металлов во взвешенном состоянии, Библиотечка высокочастотника-термиста, № 14, 4-е изд., перераб. и доп., Машиностроение, Л., 1979
  5. King L. V., Proc. R. Soc. Lond. A, 147 (1934), 212
  6. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Гидродинамика, Наука, М., 1988
  7. Trinh E. H., Rev. Sci. Instrum., 56 (1985), 2059
  8. Ohsaka K., Trinh E. H., Glicksman M. E., J. Cryst. Growth, 106 (1990), 191
  9. Ansell S. et al., Phys. Rev. Lett., 78 (1997), 464
  10. Xie W.-J., Wei B.-B., Chinese Phys. Lett., 18 (2001), 68
  11. Jackson J. D., Classical Electrodynamics, 2nd ed., Wiley, New York, 1975
  12. Berry M. V., Geim A. K., Eur. J. Phys., 18 (1997), 307
  13. Beaugnon E., Tournier R., Nature, 349 (1991), 470
  14. Weilert M. A. et al., Phys. Rev. Lett., 77 (1996), 4840
  15. Rulison A. J., Rhim W.-K., Rev. Sci. Instrum., 65 (1994), 695
  16. Felici N.-J., Rev. Gen. de l'Electricite, 75 (1966), 1145
  17. Galenko P. K., Jou D., Phys. Rep., 818 (2019), 1
  18. Amaya G. E., Patchett J. A., Abbaschian G. J., Grain Refinement in Castings and Welds: Proc. of a Symp. (St. Louis, Missouri, October 25-26, 1982), G. J. Abbaschian, S. A. David, Metallurgical Soc. AIME, Warrendale, PA, 1983
  19. Schade J., McLean A., Miller W. A., Undercooled Alloy Phases: Proc. of the 1986 Hume-Rothery Memorial Symp., Metallurgical Soc. AIME, Warrendale, PA, 1987
  20. Arpaci E., Ph.D. Thesis, Freie Univ. Berlin, Berlin, 1984
  21. Keene B. J. et al., Metall. Trans. B, 17 (1986), 159
  22. Brillo J., Thermophysical Properties of Multicomponent Liquid Alloys, De Gruyter, Berlin, 2016
  23. Egry I. et al., Adv. Eng. Mater., 5 (2003), 819
  24. Mohr M. et al., Microgravity Sci. Technol., 31 (2019), 177
  25. Hartmann H. et al., J. Appl. Phys., 103 (2008), 073509
  26. Alexandrov D. V., Galenko P. K., Toropova L. V., Philos. Trans. R. Soc. A, 376 (2018), 20170215
  27. Toropova L. V. et al., J. Cryst. Growth, 535 (2020), 125540
  28. Alexandrov D. V. et al., Russ. Metall., 2019 (2019), 787
  29. Чернов А. А., Современная кристаллография, т. 3, Наука, М., 1980
  30. Федоров О. П., Процессы роста кристаллов: кинетика, формообразование, неоднородности, Наукова думка, Киев, 2010
  31. Royer Z. L. et al., J. Appl. Phys., 113 (2013), 214901
  32. Fromm E., Jehn H., Br. J. Appl. Phys., 16 (1965), 653
  33. Fromm E., Jehn H., Z. Met., 58 (1967), 566
  34. Sauerland S., Ph.D. Thesis, RWTH Aachen, Aachen, Germany, 1993
  35. Okress E. C. et al., J. Appl. Phys., 23 (1952), 545
  36. Moghimi Z. A., Halali M., Nusheh M., Metall. Mater. Trans. B, 37 (2006), 997
  37. Kermanpur A., Jafari M., Vaghayenegar M., J. Mater. Process. Technol., 211 (2011), 222
  38. Funke O. et al., J. Cryst. Growth, 297 (2006), 211
  39. Binder S., Galenko P. K., Herlach D. M., Philos. Mag. Lett., 93 (2013), 608
  40. Reinartz M., Galenko P. K.
  41. Shuleshova O. et al., Europhys. Lett., 86 (2009), 36002
  42. Shuleshova O. et al., Int. J. Cast Met. Res., 22 (2013), 286
  43. Greer A. L., Assadi H., Mater. Sci. Eng. A, 226–228 (1997), 133
  44. Hartmann H. et al., Europhys. Lett., 87 (2009), 40007
  45. Boettinger W. J., Aziz M. J., Acta Metall., 37 (1989), 3379
  46. Чернов А. А., ЖЭТФ, 53 (1967), 2090
  47. Galenko P. K. et al., Philos. Trans. R. Soc. A, 376 (2018), 20170207
  48. Kui H. W., Greer A. L., Turnbull D., Appl. Phys. Lett., 45 (1984), 615
  49. Gillessen F., Herlach D. M., Mater. Sci. Eng., 97 (1988), 147
  50. Turnbull D., J. Appl. Phys., 21 (1950), 1022
  51. Turnbull D., Contemp. Phys., 10 (1969), 473
  52. Galenko P. K. et al., Philos. Trans. R. Soc. A, 377 (2019), 20180205
  53. Galenko P. K. et al., J. Cryst. Growth, 532 (2020), 125411
  54. Kharanzhevskiy E. V. et al., Philos. Trans. R. Soc. A, 380 (2022), 20200321
  55. Flemings M. C., Levitation observation of dendrite evolution in steel ternary alloy rapid solidification (LODESTARS), NASA Science Requirement Document LODESTARS-RQMT-0001, NASA, Washington, DC, 2003
  56. Matson D. M., Hyers R. W., Volkmann Th., J. Jpn. Soc. Microgravity Appl., 27:4 (2010), 238
  57. Hyers R. W., Solidification of Containerless Undercooled Melts, D. M. Herlach, D. M. Matson, Wiley-VCH, Weinheim, 2012, 31
  58. Meister T. et al., Control Eng. Pract., 11:2 (2003), 117
  59. Bojarevich V., Kao A., Pericleous K., Solidification of Containerless Undercooled Melts, D. M. Herlach, D. M. Matson, Wiley-VCH, Weinheim, 2012, 321
  60. Galenko P. K. et al., Mater. Sci. Eng. A, 375–377 (2004), 488
  61. Александров Д. В., Галенко П. К., УФН, 184 (2014), 833
  62. Alexandrov D. V., Galenko P. K., Philos. Trans. R. Soc. A, 379 (2021), 20200325
  63. Subhedar A., Galenko P. K., Varnik F., Philos. Trans. R. Soc. A, 378 (2020), 20190540
  64. Toropova L. V., Alexandrov D. V., Galenko P. K., Math. Meth. Appl. Sci., 44 (2021), 12139
  65. Alexandrov D. V. et al., J. Phys. Condens. Matter, 33 (2021), 443002
  66. Kao A. et al., JOM, 72 (2020), 3123
  67. Tong X. et al., Phys. Rev. E, 63 (2001), 061601
  68. Galenko P. K. et al., Solidification and Crystallization, Ed. D. M. Herlach, Wiley-VCH, Weinheim, 2004
  69. Ramirez J. C., Beckermann C., Acta Mater., 53 (2005), 1721
  70. Jeong J.-H., Goldenfeld N., Dantzig J. A., Phys. Rev. E, 64 (2001), 041602
  71. Galenko P. K. et al., Computational Modeling and Simulation of Materials III. Proc. of the 3rd Intern. Conf. (Acireale, Sicily, Italy, May 30-June 4, 2004 Pt. B), P. Vincenzini, A. Lami, F. Zerbetto, Techna Group, Faenza, 2004, 565
  72. Galenko P. K. et al., Acta Mater., 55 (2007), 6834
  73. Galenko P. K. et al., Acta Mater., 57 (2009), 6166
  74. Gao J. et al., J. Cryst. Growth, 471 (2017), 66
  75. Kao A.
  76. Gao J. et al., Solidification of Containerless Undercooled Melts, D. M. Herlach, D. M. Matson, Wiley-VCH, Weinheim, 2012
  77. Gao J. et al., Acta Mater., 103 (2016), 184
  78. Herlach D. M., Solidification of Containerless Undercooled Melts, D. M. Herlach, D.M. Matson, Wiley-VCH, Weinheim, 2012

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).