Механізм процесу кристалізації.

Процес кристалізації складається з двох елементарних процесів: зародження центрів кристалізації (утворення зародків ) і росту кристалів

У чистій від домішок рідини зародки утворяться в місцях фазових флуктуацій. Таке утворення центрів кристалізації називається мимовільним чи гомогенним. Перехід з рідкого стану у твердий можливий тоді, коли кристалічний стан має більш низьке значення вільної енергії (рис. 2.1, а).

Зміна вільної енергії системи визначається по формулі:

∆ Ф = Sּσ + Vּ ∆ F (1)

де: S – поверхня кристалів нової фази ;

σ – поверхневий натяг ;

V – об’єм нової фази ;

∆ F - різниця вільної енергії рідкого і кристалічного стану;

∆ Ф – зміна вільної енергії системи.

Добуток Sּσ - указує на енергетичні витрати, що відбулися при утворенні поверхні розподілу. Збільшення розміру зародка кристалізації на початку приводить до росту вільної енергії тому, що об’єм малий , а поверхня велика рис.2.1,б.).

Однак при деякому перевищенні розміру зародку більше деякого , який називають критичним, вільна енергія системи почне зменшуватися (тому що для зародка сферичної форми поверхневий член у рівнянні збільшується пропорційно квадрату радіуса, а об'ємний – кубу радіуса). Мінімальний розмір здатного до росту зародка називається критичним – r_к , а такий зародок -стійким.

Кожній температурі кристалізації відповідає визначений розмір критичного зародка і чим більше ступінь переохолодження, тим менше r _к, тобто тим більша кількість центрів кристалізації утвориться в одиницю часу тим більш дрібнозерниста виходить структура металу.

Гомогенне зародження кристалів зустрічається лише в ретельно очищеній від домішок рідині. Технічні метали є, у більшості випадків, замутненими розплавами, що мають неметалічні включення і важко розчинні частки, на поверхні яких і відбувається зародження зародків нової фази вже при невеликому переохолодженні. Таке зародження центрів кристалізації називається гетерогенним. При гетерогенному зародженні кристалик утвориться на поверхні стороннього тіла , як нам підкладці. Робота утворення зародка на поверхні твердого включення, практично, завжди менше роботи гомогенного зародження центра кристалізації. Гетерогенне зародження відбувається ефективніше, якщо кристалічні ґрати включення подібні по типу (ізоморфні) кристалічним ґратам речовини, що кристалізується.

На швидкість утворення центрів кристалізації впливають домішки, атоми яких, впливаючи на межфазну поверхневу енергію, а саме, змінюють критичні розміри зародка. Домішки, що є каталізаторами утворення центрів кристалізації, називаються модифікаторами і додаються в сплав у дуже малій кількості (десяті чи соті частки відсотку).

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Параметри кристалізації.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.