ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Равновесная и неравновесная кристаллизация из "Материаловедение Технология конструкционных материалов Изд2 " Процесс кристаллизации представляет собой фазов ое превращение 1-го рода, в результате которого выделяется теплота кристаллизации. При кристаллизации однокомпонентной системы (чистого вещества) условия фазового равновесия (1.24) упрощаются - остаются только равенства температуры (термическое равновесие) и давлений (механическое равновесие), а равенство химических потенциалов обеспечивается автоматически, так как химический потенциал в данном случае представляет собой молярную энергию Гиббса. Поэтому протекание неравновесной кристаллизации в однокомпонентной системе может быть только при нарушении термического или механического равновесия. [c.103] Ю4 Часть первая. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ... [c.104] Глава I. Физико-химические основы материаловедения... [c.105] В результате равновесной кристаллизации из жидкой фазы состава Хо должна получиться твердая фаза этого же состава с равномерным распределением компонентов по объему. [c.106] Поскольку коэффициент диффузии в жидкой фазе много больше, чем в твердой при той же температуре, ввиду различия механизмов диффузии, то чаще реализуется ситуация, когда разделительная диффузия в жидкой фазе имеет место, а диффузия в твердой фазе и между фазами затруднена. Ослабление диффузии между фазами объясняется, во-первых, относительным уменьшением границы раздела фаз в сравнении с растущим объемом твердой фазы во-вторых, гравитационной ликвацией, т. е. пространственным разделением фаз разной плотности в гравитационном поле в-третьих, обеднением поверхностного слоя твердой фазы компонентом В для системы, изображенной на рис. 1.65, в результате плохой диффузии в твердой фазе. [c.106] Отжиг - термическая обработка кристаллического тела, структура которого находится в метастабильном или неравновесном состоянии, заключающаяся последователйно в нагреве до определенной температуры, выдержке и медленном охлаждении (обычно вместе с печью) для получения более устойчивой структуры. [c.107] Гомогенизация - выравнивание химического состава по объему фазы. [c.107] Необходимо отметить, что при неполном прохождении разделительной диффузии в жидкой фазе в процессе кристаллизации фазовое равновесие нарушится, фазовая диаграмма уже не будет отвечать равновесному случаю (рис. 1.65) и кристаллизующаяся фаза станет в большей степени обогащаться на начальных стадиях более тугоплавким компонентом В. Качественно результат будет тот же -наличие ликвации. [c.107] Бездиффузионная кристаллизация имеет место лишь в том случае, когда термодинамически разрешен процесс кристаллизации, но диффузия ни в одной из фаз произойти не успевает. Причины, почему ослабляется диффузия в твердой фазе и между твердой и жидкой фазами, были рассмотрены выше. Почему не успевает произойти разделительная диффузия в процессе кристаллизации Это может быть только в том случае, когда скорость диффузии меньше скорости кpи faллизaции или длина диффузионного перемещения, /д меньше размера закристаллизовавшейся за это время области. То есть при бездиффузионной кристаллизации происходит захват растворенного компонента. [c.107] В первом приближении в (1.89) можно принять, что ц-а, где а - межатомное расстряние. Оценки показывают, что при О - 4-10 м /с /о = 4-10 м ЭГ/ЭЛ = Ю К/см скорость охлаждения Ут- 10 К/с. [c.108] Термодинамическое обоснование бездиффузионной кристаллизации заключается в следующем. В правой части рис. 1.35 показана связь между энергиями Гиббса твердой и жидкой фаз и диаграммой состояния. Видно, что кроме существования общей касательной к концентрационным зависимостям энергий Гиббса сосуществующих фаз - условие фазового равновесия в бинарной системе, имеется точка их пересечения, где энергии Гиббса фаз равны - условие фазового равновесия однокомпонентной системы или системы, где отсутствует возможность протекания разделительной диффузии. Рассмотрим этот случай более подробно на рис. 1.66. [c.108] Глава I. Физико-химические основы материаловедения... [c.109] В-третьих, условия фазового равновесия (1.24) означают наличие общей касательной к сосуществующим фазам. В нижней части рис. 1.66 изображены энергии Гиббса твердой и жидкой фаз при температуре Г]. [c.109] При этой температуре равенство энергий Г иббса твердой и жидкой фаз наступает при составе хо. Подобные концент-рационные зависимости энергий Г иббса для сосуществующих твердой и жидкой фаз можно построить и при других температурах. Так, можно получить линию температур Го, показанную в верхней части рис. 1.66 (штриховая линия) и расположенную на равных расстояниях от линий ликвидуса и солидуса (отрезки de и е/ равны). При отсутствии разделительной диффузии количество закристаллизовавшейся твердой фазы должно быть равно количеству существовавшей до. фазового превращения жидкой фазы. Это соответствует правилу рычага и закону сохранения вещества. Тогда для состава Х], при температуре Г) Го (точка g расположена ниже точки /г, а следовательно, имеется необходимое переохлаждение) существует термодинамическая возможность бездиффузионного фазового превращения вдоль стрелки аЬ. [c.109] Вернуться к основной статье