8. Условия реализации спинодального механизма распада пересыщенного твёрдого раствора:
- фазы должны быть изоморфны (одинаковая кристаллическая решётка);
- неограниченный твёрдый раствор.
9 . Принципиальная схема спинодального распада.
В процессе спинодального распада твердых растворов происходят следующие процессы:
Для сплавов, составы которых отвечают вогнутым участкам кривой на графике F(c)-c, образование малых концентрационных неоднородностей приводит к повышению свободной энергии – т.е. сплавы являются метастабильно устойчивыми. Также однородный твердый раствор, будучи переохлажденным, попадает в область метастабильной устойчивости (между спинодалью и границей растворимости).
Выход системы из однородного (метастабильного состояния) путем образования флуктуационной критической концентрационной неоднородности. Распад твердого раствора не может сопровождаться постоянным уменьшением свободной энергии – он возможен лишь при флуктуационном преодолении энергетического барьера (образования зародышей н
овой
фазы, связанного с увеличением свободной
энергии). Уменьшение свободной энергии
происходит за счет последующего роста
зародышей.Е
сли
же твердый раствор попадает в область,
ограниченную спинодалью, то он становится
абсолютно
неустойчивым,
и испытывает распад – с понижением
свободной энергии вплоть до равновесного
состояния (гетерогенного состояния
α’+α”).
Большое значение имело обнаружение периодического распределения выделяющихся фаз (модулированной структуры) при распаде твердого раствора на две фазы, которые отличаются только концентрацией и параметром решетки. Модулированную структуру впервые наблюдали Дэниел и Липсон в сплаве Си—Ni—Fe. Они обнаружили сателлиты основных
рентгеновских рефлексов, соответствующих однофазной структуре. Существование этих сателлитов можно объяснить, если предположить, что параметр решетки (и концентрация Си) периодически изменяется в направлениях кристаллографических осей. Период такой модулированной структуры имеет порядок 100 А. В настоящее, время имеются прямые наблюдения модулированных структур с помощью электронной микроскопии.
10. Привести схему формирования структуры при спинодальном распаде.
Начальная стадия спинодального распада состоит в образовании синусоидальных флуктуаций состава с очень малой амплитудой. Границы раздела в процессе незавершенного распада следует считать очень размытыми с непрерывным изменением состава. На начальном этапе концентрационные волны сохроняют когерентную связь, но с увеличениет амплитуды концентрации происходит увеличение разности параметров решеток фаз и происходит разрыв когерентности. Самой важной особенностью спинодального распада следует считать отсутствие необходимости в образовании зародыша новой фазы и, соответственно, увеличение свободной энергии на начальном этапе превращения.
11. Что такое «восходящая диффузия»?
Восходящая диффузия – диффузия в условиях наличия градиента упругих напряжений dU/dx. При восходящей диффузии поток диффундирующего компонента направлен в сторону увеличения градиента концентраций. Схематически это можно представить следующим образом. Пусть некоторый объем кристалла содержит атомы двух элементов А и В, имеющих существенно различные размеры: RA > RB. В равновесном состоянии распределение атомов A и B в разных макрообъемах будет однородным. Если теперь изогнуть кристалл и в изогнутом состоянии нагреть до такой температуры, при которой станет возможной интенсивная диффузия атомов, то под влиянием стремления системы к уменьшению упругих натяжений атомы A будут диффундировать в растянутую область кристалла, а атомы B - в сжатую. В результате возникнет градиент концентраций. Характерным примером такой диффузии является образование «примесных атмосфер» вокруг дислокаций. Восходящая диффузия происходит, к примеру, в процессе спинодального распада пересыщенных твердых растворов.