Зародыши кристаллов кинетика

В настоящей главе будут рассмотрены лишь вопросы образования твердой фазы из расплава, т. е. в условиях, когда фазовый переход определяется, как правило, отводом тепла из расплава. В начале главы будут изложены основные принципы процесса затвердевания. Изложение разбито на пять разделов, в которых обсуждается 1) образование зародышей 2) кинетика движения межфазовой границы 3) перераспределение примесей при затвердевании 4) морфология поверхности раздела кристалл — расплав и 5) физические несовершенства (дефекты). Заключительная часть главы посвящена применению развитых в начале главы представлений к 1) исследованию диаграмм состояния и 2) затвердеванию слитков. [c.155]

Кинетика роста кристаллов при высоких температурах обычно лимитируется скоростью диффузии вещества, так как скорость кристаллохимической стадии в этом случае значительно больше. Однако синхронность в образовании колец накипи и парового пузыря [9, 10] свидетельствует о том, что кристаллизация по периметру контактного пятна предопределяется кристаллохимической стадией. Такой характер процесса при большом количестве зародышей (огромное количество кристалликов в кольцах накипи [10]) объясняется образованием отложений возле центров парообразований за счет уплотнения ионов ДЭС [5]. В случае несмачиваемой поверхности накипеобразование затруднено. Преобладающая часть ионов ДЭС и кристаллической фазы адсорбируется паровым пузырем и уносится в объем раствора [11], что хорошо иллюстрирует рис. 2, б. [c.58]

О характере роста частицы, вероятно, можно было бы судить, исходя из формы зародыша или из формы кристалла в начальный период роста, когда рост лимитируется кинетикой атомных процессов, протекающих па границе раздела, а не диффузией, однако даже и в этом случае задача не является однозначно определенной. Получаемое решение дает только произведение скорости роста и радиуса закругления кончика пластины (или иглы), растущей с постоянной скоростью, и требуется какое-нибудь дополнительное условие, чтобы зафиксировать или длину, или скорость. Совершенно аналогичная ситуация возникает и- в случае ячеистого роста (см. следующий раздел). [c.262]

Важнейшая особенность кинетики мартенситных превращений— прекращение образования мартенсита при наличии неизрасходованной исходной фазы (аустенита), необходимость понижения температуры для возобновления превращения. Так как мартенситное превращение развивается вследствие образования новых, а не роста ранее образовавшихся кристаллов, то прекращение превращения означает прекращение образования зародышей мартенсита. В связи с тем что механизм зарождения мартенсита надежно не установлен, рассматриваемая важнейшая особенность кинетики мартенситных превращений имеет только предположительное объяснение. [c.242]

Скорость фазового перехода из жидкого в твёрдое состояние, или скорость К., зависит от тепловых условий К. и определяет внутреннюю структуру дендритного кристалла — размер сечений ветвей дендрита. Однако при одной и той же скорости К. размеры дендритного зерна в целом могут значительно меняться в зависимости от количества активных зародышей К. Известно, что К. металлов и сплавов протекает преимущественно по гетерогенной кинетике, т. е. зародыши К. возникают на подходящих по структуре и размеру подложках, поэтому размеры дендритных зёрен в отливках и слитках зависят от количества естественных активных и искусственно активируемых твёрдых частиц примесей. [c.173]

Если температура превращения сравнительно низка и располагается ниже температурного порога рекристаллизации, то полиморфное превращение протекает за счет когерентного роста, т. е. по мартенситной кинетике. В изотермических условиях после нарушения когерентности за счет пластической деформации превращение приостанавливается, так как рост уже имеющихся кристаллов новой фазы диффузионным путем исключен, а для образования новых мартенситных зародышей требуется дальнейшее понижение температуры. Однако и в условиях непрерывного охлаждения мартенситное превращение во многих сплавах ие доходит до конца Даже обработка холодом не всегда приводит к полному превращению остаточного аустенита в мартенсит. Это обусловлено механической и термической стабилизациями исходной фазы. [c.19]

Гидрат окиси хрома, находясь в коллоидном состоянии, приводит не только к местным затруднениям для разряда хроматных анионов, но выполняет роль своеобразного регулятора роста кристаллов, влияя на кинетику образования зародышей в сторону измельчения кристаллической структуры катодных осадков. Исследование характера катодного осадка показывает, что в каком бы виде не осаждался хром — блестящий, матовый, молочный — его микроструктура не имеет четко выраженной кристаллической формы [11]. Определяющей здесь является энергия активации, потребная для разряда хроматных анионов. Последнее обстоятельство может быть подтверждено тем фактом, что электродная поляризация по своей абсолютной величине здесь значительно больше, чем это имеет место даже в растворах комплексных солей. Так, например, в 1 ж растворе СгОз при 20°С и при плотности тока 0,2 а/дм поляризация хромового катода достигала почти 2 в. [c.159]

Бейнитное превращение, как и мартенситное, протекает сдвиговым путем. Однако в отличие от мартенситного превращения возникновение бейнитного превращения и его объемная скорость лимдтируются диффузией углерода [35, 68, 5]. Действительно, для образования зародыша кристалла а-фазы по мартенситной кинетике в доэвтектоидной стали с концентрацией углерода С (см. рис. 1, II, а) при некоторой температуре которая выше температуры начала мартенситного превращения, очевидно, необходимо предварительное обеднение отдельных микрообъемов у-фазы углеродом до концентрации В обедненных объемах -фазы [c.36]

Отметим теперь некоторые особенности кинет1ики начального роста зародышей по механизму обратного осажде- ния. Формирование зародышей, преодолевших стадию флук-туацирнного образования, идет в соответствии с законами гетерогенной кинетики [37]. В начале формирования площадь кристаллов В , намного меньше исходной поверхности сплава. Поэтому без особой погрешности можно считать, что скорость обратного осаждения определяется только катодной поляризационной кривой процесса (3.14.2). При постоянной величине АЕ—е перенапряжение на зародыше AEf станет нарастать по мере его укрулнения [135] [c.123]

Весьма эффективны эксперименты, выполненные in situ в колонне электронного микроскопа. Они позволяют проследить за поведением аморфных сплавов при нагреве и пластической деформации. Нагрев тонкой фольги дает возможность проследить за морфологией и кинетикой процесса кристаллизации. Удается не только выявить структуру первой кристаллической фазы (как правило, метастабильной), но и вычислить скорость образования зародышей и скорость роста кристаллов в аморфной матрице (12.91. В качестве примера на рис. 2.8 представлена электрон- [c.167]

Предложенная Б. Я. Любовым [49, с. 5—15] теория нестационарного роста кристаллов (механизм формирования двумерных зародышей) позволяет оценить длительность периода и кинетику нестационарной стадии процесса. При быстром изменении условий, в которых развивается фазовое превращение, в частности в случае кристаллизации при резком охлаждении, учет нестацио-нарности процесса весьма важен. [c.64]

Особый интерес в связи с необычайно большим изменением объема при превращении представляет превращение тетрагональной модификации олова (белого олова) в кубическую (серое олово). Огромное изменение объема приводит к очень большой величине упругой энергии (составляющей при 0° С около 5 ккал г-атом, т. е. примерно в 10 раз больше изменения свободной энергии при превращении), что в соответствии с уравнением (1) практически делает невозможным гомогенное зарождение. Благодаря этим обстоятельствам можно получить прямое подтверждение роли образования зародышей в процессе превращения. Таким подтверждением служит инициирование превращения в результате натирания поверхности белого олова маленькими частицами серого олова. Эта прививка эквивалентна процессу внесения затравки для предотвращения переохлаждения при затвердевании или для облегчения кристаллизации из жидкого раствора. Ряд исследователей указывал, что спонтанно зародыши серого олова никогда не образуются даже в несовершенных кристаллах. Скорость превращения сильно зависит от формы образца и от его термической истории. Для образцов, не претерпевавших превращения, характерен длительный инкубационный период, после же нескольких циклов превращения небольшое число зародышей существует в каждой частице уже к началу превращения. Эти зародыши связаны, вероятно, с неиревратившимися участками серого олова, и в этом случае кинетика превращения при охлаждении может быть описана уравнением (39) с п = д. [c.285]

Кинетику ориентированного осаждения вещества на чужеродной подложке можно также рассматривать с помощью теории роста, используя понятие работы отделения (Каишев, Блнзняков). Работы образования зародышей, пониженные вследствие осаждения на чужеродной подложке, выражаются соотношениями (13.43) и (13.44). Явление индукции возле ребер и ступеней (увеличение частоты появления ориентированно осажденных кристаллов вдоль ступенек на грани носителя) можно объяснить преимущественным образованием зародышей в соответствии с формулой (13.45). [c.342]

При описании кинетики образования кристаллических зародышей появляется дополнительное осложнение, которое связано с учетом вязкостных сил. Наблюдения показывают, что большинство органических жидкостей при быстром переохлаждении не кристаллизуется, а застек-ловывается. Это вызвано уменьшением подвижности молекул, затрудненностью их поворотов и перемещений. С понижением температуры частота нуклеации у таких веществ сначала растет, затем круто падает. Возникшие в процессе охлаждения зародыши не могут развиться. Основная масса жидкости остается в аморфном состоянии. Такой характер температурной зависимости частоты нуклеации (и скорости роста кристаллов) указывает на существование большого активационного барьера Е при переходе молекулы из конденсированной аморфной фазы в кристаллическую. Тут есть общие черты с явлением вязкого течения или диффузии в плотных жидкостях. Для указанных процессов перемещение молекулы связано с предварительной перестройкой ее ближайшего окружения. Частоту перехода молекулы через активированное состояние можно, как обычно, записать Vo ехр [—Е1кТ]. Если выразить Тд из (2.68), то для стационарного [c.67]

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что нарушения правильности кристаллической структуры играют большую роль в кинетике мартенситного превращения. Рост мартенситного зародыша, когда его размеры становятся больше критических, наиболее легко протекает в кристалле аустенита с правильным строением. Однако зарождение кристалликов мартенсита в кристалле аустенита без нарушений строения сильно затруднено. Это, по-видимому, связано с больщой работой образования зародыша при кооперативных перемещениях атомов в идеальной решетке вследствие противодействия упругих сил. Поэтому необходимо очень большое переохлаждение ниже Та, чтобы за счет увеличения понизить эту работу и сделать возможным флуктуационное образование зародыша мартенсита в идеальной решетке аустенита. Однако это переохлаждение может оказаться столь большим, что уже средняя энергия тепловых колебаний в з гон области температур будет мала для достаточно частого образования необходимых флуктуаций. Так как для марТенситного превращения эта область температур лежит ниже комнатной, то в аустенигге с идеальной решеткой мартенситное превращение при температурах ниже комнатной может совсем не пойти, несмотря на большое переох-лажденпе. [c.688]

Подстановка опытных дангплх дает для толщины диффузионного слоя s величину около 10" см и меньше. Присутствие посторонних адсорбированных веществ на поверхности твердого тела может сильно влиять па скорость. При гетерогенных процессах, сопровождающихся образованием новой фазы (как напр, кристаллизация из пересыщенных растворов), фактором, определяющим течение процесса, является уже не диффузия кинетика подобных процессов зависит от скорости образования зародышей и от быстроты их роста. Чем в большей степени переохлажден пересыщенный раствор, тем б6.яьшую величину приобретает скорость образования зародышей, которая в определенной точке достигает своего максимума н при дальнейшем понижении 1° начинает замедляться. Скорость роста кристаллов измеряется приращением их линейных размеров в единицу времени. [c.87]

Все упомянутые выще исследования, проведенные с различными веществами, позволяют сделать общий вывод о действии магнитного поля на растворы веществ независимо от природы последних. В результате воздействия магнитного, поля в жидкостях увеличивается количество зародышей новой фазы. Усиленное зародьинеобразование изменяет кинетику процесса кристаллизации, роста кристаллов, а также сказывается на размерах и форме этих кристаллов. Вещество образуется в объеме жидкости в форме высокодисперсного шлама. [c.118]

При рассмотрении полиморфных превращений в чистых металлах и сплавах, протекающих по мартенситной кинетике , в настоящее время исходят из того, что в отличие от диффузионных мартенеитные превращения с момента образования зародыша развиваются когерентно по отношению к решетке исходной фазы [4, 8, 9]. Рост отдельных мартенситных кристаллов прекращается либо вследствие нарушения упругой связи между решетками и их когерентности на поверхности раздела фаз за счет пластической деформации, которая может наступить, если происходят значительные объемные изменения (например, в олове и оловянистой бронзе), либо вследствие установления упругого равновесия, возникающего в тех случаях, когда разность свободных энергий фаз мала (например, в алюминиевой бронзе и латуни) [1, 4, 5, 10, 23]. [c.19]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...