Образование центров новой фазы

Необходимость флуктуации концентрации в добавление к флуктуации энергии затрудняет образование центров новой фазы, особенно в тех случаях, когда составы исходной и новой фаз сильно различаются. [c.131]

Фазовые превращения никогда не проходят одновременно во всем объеме материала. В начале процесса в разных местах исходной фазы образуются центры новой фазы — стабильные частицы новой фазы, которые затем разрастаются благодаря процессам переноса. Процесс роста кристаллов принято представлять состоящим из трех основных стадий 1) возникновения неравновесного состояния — переохлаждения для исходной жидкой фазы или пересыщения для газовой фазы 2) образования центров новой фазы 3) увеличения их линейных размеров — собственно рост кристалла. При данной температуре жидкую фазу называют переохлажденной, если ее температура ниже температуры равновесного образования твердой фазы. При данной температуре газовую фазу пазы- [c.171]

Создание неравновесного состояния — необходимое условие для самопроизвольного возникновения центров новой фазы. В равновесных условиях возможность их появления исключена. В различных точках газообразной или жидкой атомной или молекулярной системы, находящейся в термодинамическом равновесии, непрерывно возникают флуктуации, то есть отклонения величин некоторых параметров системы от их наиболее вероятных (средних) значений. Флуктуации плотности и концентрации в исходной фазе могут приводить к изменению фазового состояния, то есть к образованию зародышей новой фазы. Такие флуктуации сопровождаются изменением свободной энергии системы, однако энергия образующихся частиц (зародышей) новой фазы в системе, находящейся в термодинамически равновесном состоянии, значительно превышает энергию таких же частиц исходной фазы и флуктуационно возникшие частицы новой фазы быстро распадаются. Образование центров новой фазы в равновесных условиях оказывается энергетически не выгодным. Ниже будет показано, что создание неравновесного состояния для кристаллизации (конденсации) исходной фазы необходимо для сообщения системе дополнительной энергии, требуемой для того, чтобы процесс образования центров новой фазы сделать энергетически выгодным. [c.172]

Образование центров новой фазы [c.173]

Механизм образования центров новой фазы может быть гомогенным или гетерогенным. [c.173]

Гомогенное образование центров новой фазы [c.173]

Рассчитаем скорость образования центров новой фазы в жидкой или газовой фазе в зависимости от переохлаждения или пересыщения. Скоростью образования центров новой фазы V ( м ) называется число стабильных частиц новой фазы, образующихся в единицу времени в единице объема старой фазы. [c.176]

Сначала найдем выражение для скорости образования центров новой фазы V в пересыщенном паре. Полагают, что скорость образования центров новой фазы в такой неравновесной системе равна средней скорости, с которой критические зародыши увеличивают свой размер. Предполагая, что концентрация критических зародышей равна мы получим [c.176]

Более точный анализ показывает, что расчет с использованием статистики Больцмана не вполне корректен (хотя и используется в качестве первого приближения), так как в процессе зарождения зародышей критического размера равновесное состояние не достигается. Уточненное выражение для скорости образования центров новой фазы V можно получить, анализируя образование и распад зародышей с помощью ряда бимолекулярных реакций типа А А , описывающих процесс образования зародышей в газовой фазе путем [c.177]

Рис. 4.21. Зависимость скорости гомогенного образования центров новой фазы (жидких капель) в пересыщенном паре от коэффициента пересыщения.

Иметь в виду, что вероятность образования случайных зародышей зависит от градиента температуры в расплаве Ж ехр(—В/ДГ) и уменьшается с уменьшением скорости кристаллизации, то есть, например, при слоисто-спиральном механизме роста растущей грани V (ЛТ) ), поэтому уменьшение скорости кристаллизации способствует уменьшению вероятности образования центров новой фазы. [c.241]

Для полного описания процесса зародышеобразования необходимо знать следующие основные характеристики а) размер критического зародыша б) скорость образования центров новой фазы и концентрацию критических зародышей с учетом возможного их изменения со временем в) структуру и ориентацию критических зародышей. Все эти величины тесно связаны с условиями роста — степенью пересыщения газообразной фазы, температурой конденсации, скоростью конденсации, скоростью поверхностной диффузии, структурой и чистотой поверхности подложки и т.д. [c.325]

Таким образом, мы нашли как концентрация критических зародышей я и скорость образования центров новой фазы V зависят от условий роста в рамках термодинамического подхода. [c.327]

Образование зародышей новой фазы гетерогенное, 180 Образование центров новой фазы [c.369]

Сингулярные грани, 183 Скорость образования центров новой фазы, 176 Скрытая теплота кристаллизации, 142 Соединения, 74 Степень ионности связи, 60 [c.371]

Образование зародышей и центров новых фаз [c.154]

Из изложенных соображений следует, что образование когерентного центра новой фазы с малой величиной а должно способствовать протеканию фазового превращения при преимущественном зарождении на дислокациях. Сравнение же теоретических выводов с экспериментальными данными затруднительно ввиду невозможности надежного определения ряда важных величин, необходимых для численных расчетов, в том числе и а. [c.30]

Рассматривая стабильность фаз, Гиббс различает два типа флуктуаций флуктуации, отвечающие радикальным атомным перестройкам в пределах малых локальных областей, и флуктуации, отвечающие незначительным атомным перестройкам в больших объемах. Большинство фазовых превращений — распад твердого раствора, эвтектоидное, мартенситное превращения — обусловлено неустойчивостью системы к флуктуациям первого типа и начинается с образования физически различимых центров новой фазы (процесс зарождения), после чего области, претерпевшие превращение, растут в окружающую-метастабильную фазу (процесс роста). Соответствующие пре-вращеиия являются гетерогенными в том смысле, что во время превращения в системе существуют макроскопические области различной структуры или состава, даже если начальное и конечное состояния однофазны. [c.200]

Условия практической реализации метастабильных состояний определяются кинетикой появления и роста в системе центров новой фазы. Будем считать систему чистой, т. е. не содержаш ей включений и слабых мест, играющих роль искусственной затравки фазового перехода. Вскипание перегретой жидкости является термодинамически необратимым процессом. На его первой стадии возникают спонтанные зародыши пара, г г . Каждый такой акт связан с преодолением потенциального барьера Затем происходит быстрый рост пузырьков и их перемещение в жидкости. Эта вторая стадия процесса относится к макроскопической кинетике и здесь не обсуждается. Рассмотрим подробнее изменение свободной энтальпии системы при возникновении в жидкости пузырька пара. Процесс считаем изобарно-изотермическим. В этом случае ДФ — ш работа образования пузырька определяется формулой (2.1). Ее удобно преобразовать с помощью приема, который был использован в 8. Подставляя в [c.38]

Теперь можно объяснить зависимость скорости зарождения центров новой фазы от переохлаждения. С увеличением степени переохлаждения уменьшаются размер критического зародыша и работа его образования. Следовательно, чем больше степень переохлаждения, тем меньшая по уровню энергии и геометрическим [c.127]

До сих пор в этой главе рассматривалось фазовое превращение при охлаждении. Основные положения флуктуационной теории зарождения центров новой фазы справедливы и для процессов фазового превращения при нагревании. С увеличением степени перегрева выше То растет разность свободных энергий исходной и новой фаз (см. рис. 69) и уменьшаются размеры критического зародыша и работа его образования. [c.130]

Одна из особенностей состоит в том, что центры кристаллизаций возникают преимущественно на границах зерен, где кристаллическая решетка особенно сильно искажена и имеет большое число дефектов. Кроме того, на границах зерен сосредоточены в наибольшем количестве примеси, которые облегчают образование зародышей новой фазы. Другой важной особенностью кристаллизации в твердом состоянии является то, что между новой и исходной фазой в течение некоторого времени сохраняется когерентность — размерное и структурное соответствие. Сущность его состоит в ориентации зародыша новой фазы по отношению к исходной фазе, таким образом, [c.55]

Таким образом, с увеличением степени переохлаждения вероятность образования флуктуаций и их устойчивость увеличиваются, а диффузия флуктуаций падает. Это определяет экстремальный характер зависимости числа центров новой фазы от степени переохлаждения. [c.108]

Гомогенным называется образование зародыша новой фазы в объеме исходной фазы, сопровождающееся образованием всей поверхности, ограничивающей зародыш. Гиббс впервые показал, что зародыш новой фазы становится устойчивым лишь при условии, что его размер превосходит определенное критическое значение. Области новой фазы, размер которых меньше критического, называются зародышами, а размер которых больше критического, — центрами новой фазы (в случае кристаллизации центры новой фазы часто называют центрами кристаллизации). Френкель подробнее рассмотрел условия зарождения частиц новой фазы и определил размер критического зародыша. Найдем его для случая кристаллизации из жидкой фазы. [c.173]

В первом случае распад начинается при температуре вблизи точки 1 (для сплава /). Кристаллы ip-фазы образуются преимущественно на границах зерен, так как работа образования центра кристаллизации на границе зерна меньше, чем внутри зерна. Критический размер зародыша должен быть относительно большим, так как переохлаждение мало. Дальнейшее охлаждение должно привести к выделению новых кристаллов и к росту выделившихся. Образующиеся кристаллы р-фа-зы не имеют определенной ориентации относительно исходной а-фазы, а внешняя форма их приближается к сфероиду, так как эта форма обладает минимумом свободной энергии. Кристаллы растут постепенно, атомы преодолевают энергетический барьер и на границе раздела а- и р-фаз один за другим встраиваются Б решетку выделяющейся фазы. [c.142]

Иная зависимость скорости образования центров новой фазы от степени переохлаждения наблюдается при кристаллизации. Основное различие случаев зарождения центров новой фазы из расплава и газовой фазы состоит в следующем. В случае газовой фазы, как было показано выще, зарождение центров новой фазы развивается лавинообразно при некотором критическом пересыщении (рис. 4.21). Скорость же зарождения центров новой фазы в вязком расплаве при малых величинах переохлаждения (при температурах расплава немного ниже Т пл материала) близка к нулю, с увеличением переохлаждения расплава она возрастает, достигает максимума при АТ = АТош, затем снижается и при больших величинах переохлаждения обращается в О (рис. 4.22). Физическое объяснение такого различия состоит в том, что и на зарождение и на рост из расплава, кроме рассмотренного выше термодинамического фактора, сильное влияние оказывает подвижность атомов (скорость диффузии), которая с увеличением переохлаждения расплава значительно уменьшается. Рост скорости образования центров новой фазы при малых АТ обусловлен тем, что вблизи Т пл подвижность атомов велика, а вероятность возникновения критических зародышей растет с увеличением АТ [c.178]

Коротко изложенная теория позволяет оценить критическое пересыщение и оптимальное переохлаждение для начала гомогенного образования центров новой фазы. При кристаллизации из расплава АТош составляет 0.27 пл в случае конденсации из газовой фазы критический коэффициент пересыщения кр = Рг/Ро Ю. [c.180]

Родин и Уолтон [44] предложили теорию образования критических зародышей, которые состоят всего из нескольких частиц. Следуя в основном общепринятой модели, эти авторы вместо свободной энергии ввели статистические суммы и потенциальные энергии, а затем при определенных допущениях вывели выражение для скорости образования зародышей, состоящих из г частиц. В рамках этой молекулярно-кинетической теории было найдено, что скорость образования центров новой фазы, состоящих из г частиц, описывается формулой [c.327]

При нагреве и охлаждении стали в процессе термической обработки ее структура претерпевает ряд последовательных превращений, которые определяются диаграммой состояния системы Fe-Fe . Следует представлять за символами отдельных фаз и структур реальные кристаллы с особенностями их строения и состава. Для этого необходимо знать механизм кристаллизации и перекристаллизации, который включает образование центров новых кристаллов и их рост в соответствии с температурными зависимостями изобарных потенциалов жидкой G и твердой Gy фаз. В процессе охлаждения стали, нагретой выше температуры аустенитного превращения, происходят фазовые превра1цения в зависимости от скорости охлаждения. При этом при любом виде термической обработки реализуются четыре основных превращения. Рассмотрим эти превращения для звтектоидной стали (содержание углерода 0,8%). [c.160]

При переходе металла из одной полиморфной модификации в другую происходит фазовая перекристаллизация, связанная с образованием новых зерен в структуре металла при полиморфном превращении (в отличие от магнитного превращения) изменяется макро- и микроструктура металла. Процесс перекристаллизации в твердом состоянии при полиморфном превращении подчиняется тем же закбнам, что и процесс кристаллизации, рассмотренный выше. Внутри трансформирующейся фазы возникают центры новой фазы, в которых атомы перестраиваются из одной кристаллической решетки в другую в дальнейшем эти участки увеличиваются вследствие перехода атомов из старой фазы в новую. Число центров зарождения новой фазы и скорость их роста зависят от степени перенагрева или переохлаждения выше или ниже критической точки. [c.51]

Распад твердых растворов по всему объему характерен для случая, когда фаза выделения когерентна, т. е. близка по параметрам и структуре, твердому раствору. Примером служат твердые р.и тпоры на основе никеля с алюминием, титаном, кремнием, хромом, медью, кобальтом, алюминия с медью и т. п. При этом зарождение центров новой фазы происходит в результате межатом-lUH o взаимодействия с образованием новой фазы через промежу-ю шые метастабильные фазы. [c.37]

Для распада пересыщенного твердого раствора характерно наличие трех последовательных стадий зарождение, рост, коа-лесценция. Зарождение частиц фазы выделения описано в 2. Рост центров новой фазы, состав которой отличается от состава матрицы, определяется диффузией, и на начальных стадиях, непосредственно после зарождения, скорость роста обусловливается процессами на межфазной границе. На более поздних стадиях роста пересыщение вблизи границы становится крайне мало и дальнейший рост частиц фазы выделения происходит за счет диффузии из объема матрицы. Схема распределения концентрации у границы частицы фазы выделения на данной стадии роста приведена на рис. 10.6. В процессе роста пересыщение в матрице убывает и для малых пересыщений рост частиц уже не может осуществляться за счет диффузий из объема. Однако и на этой стадии диффузионный рост частиц не прекращается наиболее крупные частицы продолжают расти за счет растворения мелких частиц выделяющейся фазы. Это явление получило название коалесценции. При этом образование новых зародышей исключено, так как они должны иметь сразу макроскопические размеры, иначе неизбежно их растворение в матрице. [c.208]

При полимо-рфном превращении происходит изменение микроструктуры металла, связанное с образованием зерен новой фазы, отличающихся по форме и размерам от зерен исходной, — фазовая перекристаллизация. Количество (размеры) зерен новой фазы определяется числам и скоростью роста ее зародышей. В общем случае число зародышей и скорость их роста зависят от температуры нагрева или охлаждения отиосительно температуры полиморфного превращения (критической точки) и от присутствия нерастворимых примесей, облегчающих образование центров кристаллизации. [c.573]

Однако наблюдаемые в реальных условиях значения переохлаждения или пересыщения во многих случаях оказываются намного ниже указанных величин. Это связано главным образом с наличием в реальных условиях факторов, снижающих величину составляющей поверхностной энергии в изменении свободной энергии при образовании зародыща новой фазы и соответственно уменьшающих энергию образования зародыща критического размера и критическое пересыщение или переохлаждение. Параметром, с помощью которого можно существенно изменять энергию образования критического зародыша, а следовательно, и необходимую величину пересыщения (переохлаждения), является поверхностное натяжение а. Управлять процессом фазовых превращений, изменяя поверхностное натяжение а, можно двумя путями введением специальных примесей в исходную фазу или созданием готовых поверхностей раздела. Растворимые в расплаве примеси, располагающиеся в поверхностных слоях центров новой фазы и уменьшающие их свободную поверхностную энергию, называются поверхностно-активными примесями. В случае наличия готовых поверхностей раздела зародышеобразо-вание происходит по гетерогенному механизму. [c.180]

При беззатравочном росте основным источником дислокаций может быть образование и рост нескольких центров новой фазы. Для уменьщения возможности их образования необходимо выполнение следующих условий. [c.240]

После достижения равновесия в адсорбированном слое (равновесие между адсорбированными частицами и зародышами) начинается образование стабильных зародыщей конденсируемой фазы (центров новой фазы). Рост и срастание центров новой фазы приводит к образованию эпитаксиальных слоев. Образование первых стабильных зародышей требует больших пересыщений, чем их последующий рост (см. гл. 4). [c.325]

Степень переохлаждения велика,., Поэтому образование центров кристаллизации возможно не только на границах, но и внутри зерен, при этом критический размер зародышей новой фазы будет малым, а число возникающих центров кристаллизации велико. Растущие кристаллики р-фазы не могут принять устойчивой сферической формы, так как такие сферические образования вызывали бы в упругой среде значительные внутренние напряжения. Поэтому кристаллики приспосаб-, иваются, приобретают пластинчатую форму. Действительно, кристаллики новой формы, выделяющиеся из сильно переохлажденных твердых растворов, имеют очень малые размеры. Толщина их составляет несколько атомных слоев, а протяженность — несколько десятков или сотен атомных слоев. Однако такой тонкий кристаллик самостоятельно существовать не может, он может существовать лишь приклеенным к крупному кристаллу (точнее внутри его). [c.142]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...