Homogén és heterogén kristályosítással, nukleációs kristályok
A kristályosodási folyamat két szakaszból áll. nucleation (nukleáció) és a kristálynövekedés körül ezekben a központokban.
Az első folyamat mehet két módon. homogén és heterogén. Homogén nukleáció kristályok társított ingadozása véletlenszerű gócképződési helyek térfogatú tiszta fém olvadék.
A valós elolvad mint nucleation nagyon ritkán fordul elő. azok előfordulnak oldhatatlan részecskéket (oxidok, nitridek, stb), amelyek nukleációs centrumot. Kristályosítása A homogén nukleációs kristályosítási homogénnek nevezzük.
Az oldhatatlan részecskék megolvadnak vagy falai az öntőforma készek nukleációs központok. Crystal nucleation központok, vagy a kész aljzatok nevezzük heterogén. és kristályosítás nonuniform nukleációs technikailag tiszta fémek - geterogennoy.Geterogennoe gócképződés a kész szubsztrát energetikailag kedvező. mert Fpov felületi szabad energiájának a rendszer azért csökken, mert ott van az eredeti határ között a szubsztrátum és a naszcens kristály. azaz nincs szükség, hogy egy új felületet. Ennélfogva, a nukleációs a kész felület egy kisebb növekedést határfelületi felületi energia, és ennek megfelelően, azzal jellemezve, hogy egy alsó munkája a kialakulását a kritikus sejtmagban. Ezért a tényleges fém megolvad a főszerep heterogén gócképződését kristályok.
A kristályosítás során a teljes energia a rendszer függ a méret a embrió (2.6 ábra.), A szaggatott vonal a geometriai összege ömlesztett és felületi energia - függvényében változó értéke a teljes szabad energiáját a rendszer. A maximális pont a görbén határozza meg a méret a mag, az úgynevezett kritikus nucleus rc. A formáció a kristályok mérete kisebb, mint rc, a szabad energia F a rendszer növekszik. Ha a méret a kristály egyenlő vagy nagyobb, mint rc, a szabad energia csökken a rendszer. Így egy spontán folyamatot, amikor homogén nukleáció kristályosodás lehetetlen mindaddig, amíg a szilárd fázis kristály mérete eléri a méret rc. túlhűtés # 916; T = T0 - TS olyannak kell lennie, hogy a különbség a szabad energiáját az F = Fzh - Ftv megjelenése lenne egy olyan rendszer szabad energia tartalék elegendő a kialakulását a kritikus sejtmagban.
Miután a kialakulását a kritikus mag mérete betartása szilárd kristályokat új atomok eredmények folyamatos csökkenését a szabad energia a rendszer, és a kristályosodási folyamat spontán módon. Spontán folyamat fejleszteni csak abban az esetben, ha a méret a képződött részecskék hosszabb kritikus.
A mértéke túlhűtés meghatározó módon befolyásolja a méret a kritikus sejtmagban. A nagyobb mértékű a túlhűtés, a kisebb a méret a kritikus mag (ábra. 2.6). Ez határozza meg a növekvő nyereség a szabad energia változás volumene a növekedés mértéke túlhűtés, mint A méret a kritikus nucleus adott:
Ábra. 2.6. Megváltoztatása a teljes szabad energiáját a rendszer kristályosítás során, méretétől függően az embrió és a kapott mértékű túlhűtés.
Ha a fém van kitéve gyors hűtés alatti hőmérsékletre a TS. A kristályosítás ideje, hogy nem fordul elő, míg a TS, és így a képződött kristályok a szilárd fázisú eljárás fog bekövetkezni alacsonyabb hőmérsékleten, azaz A nagyobb fokú túlhűtés. Feszültségcsökkentő valós kristályosodási hőmérséklete, mint a az egyensúlyi kristályosodási hőmérséklet (túlhűtés fok) függ a kezdeti hűtési sebesség. Alkalmazása különböző hűtési sebesség, akkor lehetséges különböző fokú túlhűtés (ábra. 2.7).
Ábra. 2.7. Termikus kristályosítás görbéi a különböző hűtési sebesség mellett egy az e - növeli a hűtési sebesség a rendszer.
A kristályosodás kinetikáját különböző fokú túlhűtés különbözik. Ez látható a görbék változások a szabad energia a rendszer: a # 916; T2> # 916; T1 (. 2.4 ábra), amikor f2> f1, és ennek következtében, negatív kifejezés teljes szabad energiáját a rendszer jelentősen megnövekedett nagyságrendű, csökkenti az energia szinten, hogy le kell küzdeni a kialakulását a kritikus mag, és maga az érték egy kritikus mag (indexek 1 és 2. ábra. 2.6).
Nyilvánvaló, hogy minél kisebb a mérete a kritikus nucleus, annál nagyobb a részecskék számát képes lesz leküzdeni a kritikus energia gát, és vált a magok a kritikus méretet.
Nyilvánvaló, hogy minél kisebb a mérete a kritikus nucleus, annál nagyobb a részecskék számát képes lesz leküzdeni a kritikus energia gát, és vált a magok a kritikus méretet.
Ábra. 2.8. Függése kristályosítási paraméterek Tamman fokozatot túlhűtés.
Következésképpen, a nagyobb mértékű a túlhűtés, a nagyobb képződött gócok egységnyi idő. Függése kristályosítási paraméterek Tamman fokozatot túlhűtés ábrán látható. 2.8, ahol n - száma a gócképződési helyek generált egységnyi idő; c - a lineáris sebesség kristály növekedését.
A növekedés azonban a magok számának figyelhető nem végtelen. Bizonyos alacsony hőmérsékleten miatt a természetes csökkenő áramlási sebessége diffúziós folyamatok mobilitása atomok szükséges kristályok kiválása csökken, és elméletileg igen nagy fokú túlhűtés csökkenthető nullára (szaggatott része görbe). Azonban, a fém a kristályosodás során a folyékony állapotban gyakorlatilag képes érzékelni csak az emelkedő rész Tamman görbék.
Oldal keletkezett: 0,005 sec.