Энергетические условия кристаллизации

Энергетические условия кристаллизации [c.41]

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ [c.43]

Из сравнения энергетических условий образования трехмерных (гомогенное зарождение) и двумерных (гетерогенное зарождение) зародышей видно, что для образования плоского зародыша критического радиуса требуются меньшее переохлаждение и меньшая флуктуация свободной энергии, чем при гомогенной кристаллизации. [c.439]

Энергетические условия и механизм процесса кристаллизации [c.14]

Опишите энергетические условия и механизм процесса первичной кристаллизации. Что такое критический размер зародыша [c.159]

При получении устойчивой суспензии создаются условия для зарождения центров кристаллизации в объеме концентрационных флуктуаций адсорбированного веш,ества, формирующего локальное концентрационное переохлаждение. В этом случае состояние расплава может значительно отклоняться от положения равновесия и фазовый переход должен происходить с меньшим энергетическим барьером, чем при обычных условиях кристаллизации. [c.223]

Металлы как кристаллические вещества при данных температуре и давлении характеризуются строго определенным пространственным расположением атомов, т. е. металл в твердом состоянии при данной температуре имеет энергетически устойчивое кристаллическое строение с минимумом свободной энергии, которой обладает атом или комбинация атомов. Нагрев или охлаждение вносят в состояние атомов энергетические изменения, а это может привести к перестройке в их взаимном расположении с минимумом свободной энергии. Следовательно, изменение температуры приводит к изменению свободной энергии. Однако до определенных температур нагрева металл остается кристаллическим телом. Повышение температуры приведет к дальнейшему изменению энергетического состояния атомов, близкому к энергетическому состоянию жидкости. При увеличении нагрева цельность металлической решетки нарушается, а в отдельных участках могут сохраняться отдельные группировки относительно закономерно построенных атомов. В силу энергетических условий они не могут быть устойчивыми, поэтому происходит их систематическое разрушение и образование. Эти группировки атомов в процессе кристаллизации становятся центрами кристаллизации. Чем меньше этих центров, тем из более крупных кристаллов будет состоять металл при переходе из жидкого состояния в твердое. Следовательно, условия плавления металла оказывают влияние на процесс кристаллизации и соответственно на свойства металла сварного шва. Однако из-за большого перегрева металла в сварочной ванне к моменту кристаллизации останется очень мало указанных центров кристаллизации или они вообще будут отсутствовать. Поэтому в сварочную ваину необходимо вводить искусственные центры кристаллизации, природа и количество которых зависят от условий сварки и используемых сварочных материалов, состава основного и присадочного металлов. [c.5]

При достижении температуры кристаллизации на кривой температура — время появляется горизонтальная площадка, так как отвод тепла компенсируется выделяющейся при кристаллизации скрытой теплотой кристаллизации. По окончании кристаллизации, т. е. после полного перехода в твердое состояние, температура опять начинает снижаться, и твердое кристаллическое вещество охлаждается. Теоретически процесс кристаллизации изображается кривой 1, кривая 2 (на той же фигуре) показывает реальное протекание процесса кристаллизации. Жидкость непрерывно охлаждается до температуры переохлаждения Гп, лежащей ниже теоретической температуры кристаллизации Т . При охлаждении ниже температуры создаются энергетические условия, необходимые для протекания процесса кристаллизации. [c.26]

Все, что до сих пор говорилось о фазовых превращениях, относилось к равновесным при данной температуре состояниям, то есть предполагалось, что скорость изменения температуры так мала, что при каждой температуре в системе успевает установиться равновесие. Однако установление равновесия в системе, осуществляемое путем диффузии, требует времени, продолжительность которого зависит от природы диффундирующих элементов, среды, температуры, размера и степени совершенства кристаллов и других факторов. В реальных условиях время, необходимое для достижения равновесия, может изменяться от долей секунд до многих сотен часов. Кроме того, как отмечалось в начале главы, фазовое превращение при температуре фазового равновесия невозможно, так как в этом случае нет энергетического выигрыша, стимулирующего это превращение. Поэтому равновесную диаграмму состояния следует рассматривать как предельный случай, при котором скорость изменения температуры настолько мала, что фазовое превращение совершается с бесконечно малой скоростью. Тем не менее, этот предельный случай крайне важен для изучения реальных условий кристаллизации. [c.162]

Эффект интенсификации процессов теплообмена под действием колебаний может быть использован в тех аппаратах, где увеличение теплоотдачи практически целесообразно, например в различных теплообменных аппаратах силовых и энергетических установок, в химических аппаратах. Известно, что некоторые процессы химической технологии (растворение, экстракция, сушка, кристаллизация, горение и т. д.) в условиях колеблющихся потоков протекают более интенсивно, чем в случае применения традиционных средств химической технологии. [c.4]

Рассмотрены строение и кристаллизация металлов и их сплавов. Изложены элементы общей теории металлических сплавов. Описаны современные методы исследования структуры и свойств металлов и сплавов. Показано влияние технологических процессов и условий эксплуатации на структуру и свойства металлов и сплавов. Даны основы термической обработки. Приведены основные сведения о специальных сталях и цветных металлах и их сплавах. Большое внимание уделено вопросам длительной прочности и эксплуатационной надежности материалов энергетического оборудования и сварным соединениям. Илл. 129. [c.2]

Образование новой фазы (кристаллов на подкладке) энергетически выгоднее, чем образование центра кристаллизации в объеме жидкости. Если подкладка хорошо смачивается жидким расплавом и имеет кристаллическую решетку, изоморфную кристаллизующемуся металлу, то она создает наиболее благоприятную обстановку для роста кристалла [65]. Это условие, как правило, создается на границе сплавления металла ванны с основным металлом, нагре-9 131 [c.131]

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]

Кристаллиты (зерна) из которых состоят металлы, характеризуются анизотропией свойств, т. е. физические свойства в кристалле различны по различным направлениям, в то время как п аморфных телах (стекло, канифоль, эбонит, целлюлоза), которые являются изотропными, свойства не зависят от направления. При плавлении металлов происходит разрушение так называемой кристаллической решетки, представляющей собой совокупность закономерно расположенных атомов в металле, а при кристалли зации — образование кристаллической решетки. Энергетические условия процесса кристаллизации металлов легко объяснить, исходя из известного положения термодинамики, что всякое фазовое превращение сопровождается уменьшением свободной энергии [c.7]

В природе все самопроизвольно протекающие иревращеиия, а следовательрю, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что гювое состояние в новых условиях является энергетически более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии. [c.43]

Существование энергетического барьера при образовании фазовой границы служит основной причиной переохлаждения жидкости. При этом переохлаждение иногда можно осуществить в таких условиях, когда упорядочение частиц, сопровождающее процесс кристаллизации, затруднено вследствие резкого возрастания вязкости жидкости. Таким образом можно получить некристаллическую твердую фазу, находящуюся в метастабильном состоянии и фактически представляющую собой сверхвязкую жидкость. Это состояние вещества назы-вается с т е к л о о б р а 3 н ы м. [c.12]

Кристаллизация обусловлена стремлением системы при определенных условиях перейти к энергетически более устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией F. На рис. 1.3 показана зависимость изменения свободной энергии для жидкой и твердой фаз от изменения температуры системы. Меньшей свободной энергией вещество в жидком состоянии обладает при температуре выше, а в твердом — ниже теоритической температуры плавления (точка Т ). В реальных условиях процесс кристаллизации не может начаться при температуре Т , так как при данной температуре система находится в состоянии [c.9]

В процессе фазовых превращений наблюдается так называемый латентный (скрытый) период. За это время новая фаза не обнаруживается простыми оптическими способами. Оче видно, требуется известное время для того, чтобы ионы, окруженные гидратными оболочками, сблизились в определенной взаимной ориентации, позволяющей им образовать энергетически выгодную упорядоченную микрообласть, из которой и образуются мик-розародыши новой фазы. Поэтому только одного пересыщения еще недостаточно для начала кристаллизации. Таким образом, кинетика кристаллизации определяется следующими условиями пересыщением, возникновением микрозародышей (первичных аморфных частиц), их ростом и, наконец, образованием центров кристаллизации. [c.23]

Существуют пересыщенные растворы, которые в этом состоянии могут находиться неопределенно долгое время. Однако простое механическое перемешивание или введение затравки могут вызвать почти мгновенную кристаллизацию. Во всех случаях кристаллизации из пересыщенных растворов наблюдается скрытый (латентный) период. За это время твердая фаза не обнаруживается простыми оптическими средствами (например, эффектом Тиндаля). Очевидно, требуется определенное время для того, чтобы ионы, окруженные гидратными оболочками, не просто столкнулись, а сблизились в определенной взаимной ориентации, позволяющей им образовать энергетически выгодную упорядоченную микрообласть, из которой и образуются микрозародыши новой фазы. Таким образом, пересыщение еще не является достаточным условием для начала кристаллизации. Наряду с ним необходимо, чтобы в растворе находилось некоторое количество мельчайших твердых частиц, известных под названием центров кристаллизации, затравок или зародышей. Образование центров кристаллизации может начаться самопроизвольно или их можно вызвать искусственным путем. [c.19]

По определению прочность равна примерно К й, где д, — характерный диаметр наиболее опасного трещиноподобного дефекта, а Кю представляет собой некоторую сложную функцию координат. Задачей металлургического процесса, помимо определенных условий химической и температурной устойчивости сплава, является создание минимальных по размерам и однородно распределенных в пространстве структурных ячеек, границы которых играют роль энергетических прочностных барьеров (такими ячейками чаще всего являются зерна основного металла и химически активных примесей, образующиеся из центров кристаллизации при отвердевании расплава роль барьеров, по-видимому, играют межкристаллитные пленки, образующиеся из химически неактивных атомов примесей, которые оттеснены к границе в процессе роста зерен). При этом начальный трещиновидный дефект в процессе нагружения развивается примерно до контролируемых заранее размеров зерна, так что в момент разрушения величина й примерно равна диаметру наибольшего зерна. Это поясняет тот факт, что прочность даже очень хрупких сплавов меняется в относительно небольшом диапазоне по сравнению с прочностью аморфных материалов типа стекла. Таким образом, основной путь увеличения металлургической прочности с точки зрения линейной механики разрушения состоит в увеличении Кю (применением легирующих добавок и термообработки, влияющей на фазовые превращения, в первую очередь на границах зерен) и уменьшении размера наибольшего зерна (гомогенизацией процесса кристаллизации). [c.400]

В термодинамике доказывается, что новая фаза может появиться в системе только в том случае, если ее энергетическая характеристика, называемая свободной энергией, будет меньше, чем у существующей фазы. Выше точки кристаллизации свободная энергия жидкости меньше, чем свободная энергия кристаллов, поэтому кристаллы в этих условиях не могут существовать. Ниже точки кристаллизации свободная энергия кристаллов меньше свободной энергии жидкости, и поэтому здесь устойчива твердая фаза. При температуре кристаллизации свободные энергии жидкости и кристаллов становятся одинаковыми. Однако в этих условиях самопроизвольное появление кристаллов в жидкости еще невозможно, поскольку это не приведет к снижению величины свободной энергии всей системы в целом. Только при несколько более низкой температуре, чем кр, разница в свободной энергии твердой фсзы (кристаллов) и жидкой фазы (расплава) достигает определенной величины и в жидкости может появиться твердая фаза. Этот шаг в процессе кристаллизации называют зарождением кристаллов. Для появления зародышей кристаллов необходимо такое переохлаждение, при котором разница в свободных энергиях твердой и жидкой фаз была бы достаточной, чтобы восполнить затраты энергии на образование поверхности раздела кристалл — жидкость. [c.66]

В соответствии с этой реакцией выделяющиеся при затвердевании газы состоят из 85—95% окиси углерода. Реакция начинается и развивается благодаря тому, что в нераскисленном (или слабо раскисленном) металле содержание растворенного кислорода повышенное. При заливке металла после соприкосновения его со стенкой изложницы, тотчас же образуется плотная наружная корочка из равноосных мелких кристаллов. Далее, при установившемся теплоотводе через корочку слитка растут дендритные кристаллы. Так как характер кристаллизации избирательный и сначала выпадают более чистые кристаллы, маточный расплав обогащается углеродом и кислородом, при этом еще более нарушается равновесие, что способствует началу реакции с образованием окиси углерода. Развитию реакции благоприятствует понижение температуры металла и способствуют образовавшиеся и образующиеся кристаллы, создавая границу раздела расплав — твердая фаза, на которой энергетически облегчается возникновение и рост пузырьков окиси углерода. Все эти условия способствуют реагированию растворенных углерода и кислорода и, раз начавшись, реакция идет до конца отвердевания. В результате реакции концентрация кислорода в металле отвердевшего слитка значительно ниже, чем в исходном металле, а произведение т — [ %С ] X X [%0] оказывается на низшем уровне, укладывается в пределы от 0,0015 до 0,0025, очевидно достигая равновесия. [c.374]

Наличие на границе сплавления, от которой растут кристаллиты в направлении центра ванны, оплавленных зерен основного металла создает благоприятную обстановку для роста кристаллов на подкладке . В этом случае образование новой фазы энергетически выгоднее, чем образование центров кристаллизации в объеме жидкой фазы. Если такая подкладка хорошо смачивается жидким расплавом и имеет кристаллическую решетку, изоморфную кристаллизирующемуся металлу, то она способствует процессу кристаллизации. Это условие при сварке, как правило, создается на границе сплавления металла ванны с основным металлом, нагретым до [c.306]

Существование М. с. связано с особенностями кинетики фазовых переходов. Фазовый переход начинается с возникновения зародышей новой фазы пузырьков пара при переходе жидкости в пар, микрокристалликов при переходе жидкости в крист, состояние и т. п. Для образования зародышей требуются затраты энергтти на создание поверхностей раздела фаз. Росту образовавшихся зародышей мешает значит, кривизна их поверхности (см. Капиллярные явления), приводящая при кристаллизации к повышенной растворимости зародышей тв. фазы, при конденсации жидкости — к испарению мельчайших капелек, при парообразовании — к повышенной упругости пара внутри маленьких пузырьков. Указанные факторы могут сделать энергетически невыгодными возникновение и рост зародышей новой фазы и задержать переход системы из М. с. в абсолютно устойчивое состояние при данных условиях. Фактором, способствующим сохранению М. с., может быть высокая вязкость в-ва, препятствующая, напр., установлению упорядоченного расположения молекул в аморфных тв. телах (кристаллизации стёкол). [c.412]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...