Procesul de cristalizare constă în două etape. formarea de centre de cristalizare (embrioni) și creșterea cristalelor în jurul acestor centre.
Primul proces poate merge în două moduri. omogene și eterogene. Homogenizarea nucleării cristalelor este asociată cu formarea fluctuațiilor nucleelor în secțiuni aleatorii ale volumului de topitură de metal pur.
În topiturile reale, o asemenea nucleare este extrem de rară. deoarece conțin particule insolubile (oxizi, nitruri etc.), care sunt centrele de nucleare. Cristalizarea cu nucleare omogenă se numește cristalizare omogenă.
Particulele insolubile de topitură sau pereți ai mucegaiului sunt centre gata de nucleare. Nuclearea cristalelor pe centrele sau substraturile preparate se numește eterogenă. iar cristalizarea cu nuclearea neomogenă a metalelor pure din punct de vedere tehnic este eterogenă. Formarea eterogenă a embrionilor pe un substrat finit este favorabilă din punct de vedere energetic. deoarece energia liberă a suprafeței F a sistemului scade, deoarece există o limită inițială între substrat și cristalul în curs de dezvoltare. și anume nu este nevoie să se formeze o nouă suprafață. În consecință, nuclearea pe suprafața finită este caracterizată de o creștere mai mică a energiei suprafeței interfațiale și, în mod corespunzător, se caracterizează printr-o lucrare mai mică de formare a nucleului critic. Prin urmare, nuclearea heterogenă a cristalelor joacă rolul principal în topirea reală a metalului.
În timpul cristalizării energia totală a sistemului variază în funcție de mărimea embrionului, Linia întreruptă este suma geometrică a vrac și de suprafață a energiei (Figura 2.6.) - în funcție de modificarea valorii energiei totale libere a sistemului. Punctul maxim pe curba este determinată de mărimea nucleului, numit rc critic nucleu. Atunci când se formează un cristal de dimensiuni mai mici decât rk, energia liberă a sistemului crește. Dacă mărimea cristalului este egală cu sau mai mare decât rk, atunci energia liberă a sistemului scade. Astfel, un proces spontan atunci când nucleația omogenă de cristalizare este imposibilă atâta timp cât solid dimensiunea cristalului în fază ajunge rc dimensiune. suprarăcire # 916; T = T0 - TS trebuie să fie astfel încât diferența în energiile libere ale f = FZH - aspect FTV ar oferi un sistem liber rezervă de energie suficientă pentru formarea nucleului critic.
După formarea unui nucleu de dimensiuni critice, adăugarea de atomi noi la cristale solide duce la o scădere continuă a energiei libere a sistemului, iar procesul de cristalizare continuă în mod spontan. Procesul se poate dezvolta spontan numai dacă dimensiunea particulelor formate este mai mult decât critică.
Gradul de supracolire are un efect determinant asupra dimensiunii embrionului critic. Cu cât este mai mare gradul de supracolire, cu atât dimensiunea nucleului critic este mai mică (Figura 2.6). Acest lucru este determinat de creșterea câștigului în schimbarea energiei volumetrice libere, cu o creștere a gradului de supracolire. Dimensiunea nucleului critic este determinată de expresia:
Fig. 2.6. Schimbarea energiei totale totale a sistemului în timpul cristalizării, în funcție de mărimea nucleației și de gradul de subrăcire.
Dacă metalul este supus răcirii rapide la o temperatură sub TS. atunci nu va apărea cristalizarea la TS și, în consecință, procesul de formare a cristalelor fazei solide va avea loc la temperaturi mai scăzute, adică în condiții de un grad mai mare de supracolire. Scăderea temperaturii reale de cristalizare în comparație cu temperatura de cristalizare în echilibru (grad de supracoolizare) depinde de viteza inițială de răcire. Aplicând diferite viteze de răcire, este posibil să se obțină grade diferite de supracoolizare (Figura 2.7).
Fig. 2.7. Curbele de cristalizare termică la diferite viteze de răcire: de la a la e, o creștere a ratei de răcire a sistemului.
Cinetica cristalizării la diferite grade de supracoolizare diferă. Acest lucru poate fi văzut din curbele schimbării energiei libere a sistemului: la # 916; T2> # 916; T1 (. Figura 2.4) când f2> f1 și, în consecință, termenul negativ energia liberă totală a sistemului este semnificativ crescută în magnitudine, reducerea nivelului de energie care trebuie depășită pentru formarea nucleului critic, iar valoarea în sine a unui nucleu critic (indici 1 și 2 în Figura 2.6).
Este destul de evident că cu cât dimensiunea critică a embrionului este mai mică, cu atât este mai mare numărul de particule capabile să depășească bariera energetică critică și să devină embrioni de dimensiuni critice.
Este destul de evident că cu cât dimensiunea critică a embrionului este mai mică, cu atât este mai mare numărul de particule capabile să depășească bariera energetică critică și să devină embrioni de dimensiuni critice.
Fig. 2.8. Dependența parametrilor de cristalizare ai lui Tamman de gradul de supracoolizare.
În consecință, cu cât este mai mare gradul de supracolire, cu atât se formează mai multe embrioni pe unitate de timp. Dependența parametrilor de cristalizare Tamman de gradul de supracoolizare este prezentată în Fig. 2.8, unde n este numărul de centre de cristalizare format pe unitate de timp; c este rata de creștere liniară a cristalelor.
Cu toate acestea, creșterea numărului de embrioni nu este infinită. În anumite temperaturi scăzute datorită ratei naturale de curgere descrescătoare a proceselor de difuzie a mobilității atomilor necesare pentru apariția cristalizării este redusă și, teoretic, cu un grad foarte mare de subrăcire, poate fi redus la (partea punctată din curba) zero. Cu toate acestea, pentru metale în timpul cristalizării, doar părțile ascendente ale curbelor Tammann au fost găsite din starea lichidă.
Generarea paginii: 0.005 sec.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: