ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Муки зарождения из "Репортаж из мира сплавов (Библ, Квант 71) " И кажется, что скорость конденсации должна быть максимальной при температурах чуть ниже 100 °С. Давайте прикинем время образования видимой глазом капли при, скажем, 99 °С. [c.206] Жидкость отличается от пара главным образом большей плотностью. Поэтому образование капли требует группировки молекул пара в одном месте. [c.206] По нашим земным меркам это быстро. Но если поставить опыт по превращению чистого пара в воду при 99 С, для его успешного окончания может не хватить и жизни. Пар так и останется паром. [c.207] Хочется обвинить в ошибке расчеты. Они, конечно, очень грубы. Но дело не в них, а в исходных предпосылках. Это легко показать экспериментально. Та же конденсация, не желающая идти при 99 С, легко и быстро пойдет при, допустим, 70 °С. Атомы движутся медленнее, а превращение происходит быстрее. Что-то в нашей теории не учтено. [c.207] Так как Рж Т) Fn T) (см. рис. 119), то образование капли связано с желанным понижением свободной энергии и никаких препятствий на пути такого процесса не видно. Но радоваться рано Кое-что мы упустили из виду. [c.207] Коэффициент а называется межфазной (или поверхностной) энергией и его величина зависит от строения границы и того, какие фазы соседствуют. Например, в случае границы вода — воздух о является привычным нам коэффициентом поверхностного натяжения воды. [c.208] Первое слагаемое положительно, второе отрицательно. Но радиус капли г входит в них в разной степени. [c.208] Теперь картина образования капли становится более понятной. Находящиеся в беспрестанном движении молекулы пара по воле случая встречаются . В результате таких встреч из нескольких молекул может сформироваться компактная группа — зародыш жидкой фазы (раньше мы его несколько возвеличивали, преждевременно называя каплей). Он может расти, если к нему будут присоединяться новые молекулы. Но если, наоборот, молекулы будут покидать зародыш, он в буквальном смысле слова станет испаряться. Судьбу зародыша решит то, какой из двух процессов пойдет быстрее. [c.208] Часто формулы красноречивее слов. Вглядитесь внимательно в последнюю она содержит в себе волнующий роман о муках зарождения. [c.209] Вот это обстоятельство мы раньше и не учитывали. При 99 °С переохлаждение слишком мало и слишком велик радиус критического зародыша. Его образования приходится ждать очень долго. [c.209] Если в процессе принимает участие колоссальное количество частиц — порядка Постоянной Авогадро, то законы больших чисел делают отступления от вероятностного сценария невозможными. Совсем другое дело, когда речь идет о сравнительно небольшом чиС г ле частиц. [c.209] Посудите сами не будет ведь ничего необычного, если при бросании 100 монет на орла выпадут 51 А между тем это отклонение составит 2 % предсказания по максимуму вероятности. Как мы знаем, при подбрасывании 10 монет такие отклонения были бы совершенно нереальны. [c.210] Точно так же и в случае с образованием зародышей спасает их малость. Против вероятности действуют не 10 частиц, а всего лишь десятки, сотни или тысячи. [c.210] Схема возникновения новой фазы, состоящая из двух стадий — зарождения и диффузионного роста, часто называется нормальной. По этой схеме происходит не только конденсация, но и почти все (почему почти , станет ясно из дальнейшего) другие известные нам превращения — кристаллизация, распад твердых растворов, упорядочение и т. д. Конечно, в каждом случае есть свои отличительные черты, но общий механизм превращения один и тот же сначала в теле старой фазы должны появиться зародыши новой (или новых) фазы, а затем вырасти за счет диффузии, И клавиши у всех превращений одни и те же разность свободных энергий фаз, межфазная поверхностная энергия и коэффициенты диффузии компонентов. [c.210] Возможность гетерогенного зарождения заметно активизирует фазовые превращения. Это неоднократно подтверждалось экспериментами. В частности, чем грязнее пар, тем быстрее при переохлаждении он пре-рратится в воду. [c.212] Роль посторонних частиц вполне могут сыграть и стенки сосуда, в котором происходит фазовое превращение. Возможно, вы это сами наблюдали, следя за образованием пузырьков пара при кипении воды. [c.212] Гетерогенное зарождение обычно и при фазовых превращениях в твердых телах. Границы зерен, меж-фазные границы, поверхность, дислокации — образования по сравнению с идеальным кристаллом энергетически невыгодные. Следовательно, очень вероятно, что они станут местами предпочтительного образования зародышей. [c.212] Знание механизма превращений позволяет управлять многими процессами. Например, выращиванием монокристаллов. В обычном состоянии твердые металлы и сплавы — поликристаллы. И понятно почему при охлаждении расплава зародыши кристаллов почти одновременно возникают в разных местах. Их ориентировка между собой никак не согласована, и она сохраняется при диффузионном росте. В результате образуется характерная зернистая структура. [c.212] Вместо вытягивания из печи можно воспользоваться зонной плавкой, перемещая кольцевой нагреватель от кристалла-затравки. При этом одновременно происходит выведение примесей и монокристалл сразу вырастает чистым. [c.213] Знакомство с ходом нормальных превращений помогает лучше понять возможности закалки. Если при низких температурах диффузионные процессы замирают, то быстрым охлаждением фазовое превращение можно подавить. Достаточно лишь подобрать такую скорость охлаждения, чтобы на опасном участке (когда скорость превращения велика) процессы зарождения и роста не успевали развиться. [c.213] Вернуться к основной статье