Ю., Ташкеева Г.Қ. Физикалық материалтануға кіріспе
жүктеу/скачать 5,26 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Метастабильді фазалар. Метастабильді фазалары бар ФТД
| 3.17-сурет. Күйдіруге дейінгі (а) және күйдіруден кейінгі (ә) дендриттті кристалдану ізі бар құйманың микроқұрылымы
Сұйық фаза құрамының кристалдану үдерісінде толығымен тегістелінетін жағдайы айтылды. Алайда, практикада бұл шарттар келесі себептерге байланысты қолданыла бермейді. Құйма құрамының диффузия есебінен тегістелуі. Бұл үдерістердің тиімділік дәрежесі құймадағы қоспа диффузиясының жылдамдығына, суыту жылдамдығына және таралу коэффициентіне тәуелді. Диффузиядан басқа құрамды тегістеу үшін құймада орын ауыстыру көмегімен конвекциялық ағындар түзуге болады. Алайда, бұл жағдайда да қатты фазалардың беткі қабатына тікелей қосылатын құйма қабатының орын ауыстыру жылдамдығы өте аз, құрамды тегістеудің жалғыз тәсіліне диффузия қосылады. Жоғарыда аталғандай, құйма құрамын тегістеу тиімділігіне суыту жылдамдығы әсер етеді. Оның өсуімен сұйық ерітіндіде тегістеу үдерісі жойылады. Өте жоғары суыту жылдамдығы кезінде әртүрлі атомдар ерітіндісінің құймасында қайта таралуы мүмкін емес. Бұл шартта қатты ерітіндінің кристалданатын құрамы сұйық фаза құрамына тең болып шығады. Мұндай үдеріс диффузиясыз кристалдану деп аталынады. Мұндай әдіспен құйманы алу практика жүзінде қызығушылығы зор. Тепе-теңдік күйден ауытқу шексіз еритін жүйелердегіден қарағанда жылдам болып келеді, эфтектикалық және перитектикалық ауысу бар жүйелердегі жылдам суыту жағдайларында лездік болып келеді. Сол себептен, тепе-теңдікті кристалдану жағдайларындағы бір фазалық эвтектикалық құймалары бар жүйелерде тепе-теңдікті емес кристалдану шартындағы екі фазалық болып шығады. Қолайлы шарттар кезіндегі тепе-теңсіз кристалдану салдары ұзақ теңгеретін (гомогендіретін) күйдірумен алып тасталуы мүмкін (3.17ә-сурет). Метастабильді фазалар. Метастабильді фазалары бар ФТД Тепе-теңдіктен ауытқудың басқа да маңызды мысалы – метастабильді фазалардың фазалық ауысу үдерісінде пайда болуы. Төменде аталған жағдайлардың бірінде фазалар тепе-теңсіз фазалар деп аталады: а) бастапқы фаза мен тепе-теңдікті аралықта басқа фазаға өту стадиясы кезінде; ә) қысым, температура мен концентрацияның қатынасы кезіндегі фазаға өту стадиясы жағдайында. Фазалық тепе-теңдікті диаграммада метастабильді тепе-теңдік боялған сызықтармен бейнеленеді. Құйманы (ерітінді) елеулі суыту кезінде, қарапайым заттар мен екілік құймалардың кристалдануы кезінде метастабильді фазалар түзіледі, бұл фазалар метастабильді болатын температуралық-концентрациялық аумақ әртүрлі ұзындыққа ие. Метастабильді фазаларда изобаралық-изотермиялық потенциал бастапқы фазаға қарағанда аз, бірақ тепе-теңдікті фазаларға қарағанда көп, сондықтан метастабильді фазаның тепе-теңдік фазаға ауысуы метастабильді ұзақ бола алатын белгілі активация энергиясын қажет етеді. Метастабильді фазалардың түзілуі – қатты күйде ауысу кезінде де көп бақыланатын және кең қолданылатын қүбылыс. Бұған бәрінен бұрын диффузия мен оған сәйкесінше, тепе-теңдіктегі фазалар түзілуі қиын, төмен температура кезінде ыдырауы жүретін қаныққан қатты ерітінділердің түзілуі жатады. Қатты легирленген жартылай өткзгіштердегі электрлік активті қоспа концентрациясы мен оның жалпы (химиялық) концентрациясының (қоспалардың политропиясы) сәйкес келмеуі қоспаның қатысуымен метастабильді фазалар түзілетін қатты ерітіндінің ыдырауының бастапқы кезіңінің нәтижесі деп қабылдауға барлық негіздер бар. Метастабильді фазалар суытудың тепе-теңдік шартында эвтектоидты ауысуға ұшырайтын қатты ерітінділерді лездік суыту кезінде пайда болады. Мұның мысалы болатты шынықтыру (аустенит) кезіндегі мартенситтік ауысу болып табылады. Метастабильді күйлердің көбісі құймада пайдалы, ерекше қасиеттерді қанағаттандырады. Материалтану міндеті – осы тепе-теңсіз күйлерді орнату және метастабильді күйлерді алуға мүмкіндік беретін принципиалды режимдерді жасау. Осы тапсырманы шешудегі бастапқы кезең фазалық тепе-теңдік диаграммасын білу болып табылады. Метастабильді фазаларды сипаттау үшін метастабильді диаграмма деп аталатын метастабильді фазаның арнайы фазалық тепе-теңдік диаграммалары қолданылады. Метастабильділік пен метастабильді химиялық мұндай диаграммаларда үзік сызықтармен бейнеленеді. Метастабильді диаграммаларға қолданылатын ережелер туралы сұрақ дискуссиялық болып табылады. 3.17-суретте Со-С және Ni-С жүйелерінің фазалық тепе-теңдік диаграммасы мен осы жүйелердің метастабильді диаграммалары келтірілген. Метастабильділік шамасы метастабильді фазалар мен стабильді фазалар қоспасы энергиялары арасындағы айырмамен анықталынады. Суытудың үлкен жылдамдығы кезінде (102 – 1010) К/с қайта суытылған құймадан (ерітіндіден) белгілі температурадан төмен температурада кристалдық қана емес, сондай-ақ аморфтық күйдегі (фазада жақын реттілік бар және атомдар орналасуында алыс реттілік жоқ жағдайындағы) қатты метастабильді фазаларды алуға болады. Аморфты күйдегі құймаларды сұйық фазалардан кристалдану кезінде де алуға болады. Ковалентті байланыс типі бар аморфты күйде алу үшін байланыстың металдық түрімен байланысқан фазамен салыстырғанда аз суыту жылдамдығын қажет етеді.
жүктеу/скачать 5,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|