8.2. Процессы роста при фазовых превращениях

Протекание многих превращений в твердом состоянии, которые начинаются с образования зародышей, зависит от термически активируемого перемещения атомов, необходимого для последующего роста этих зародышей. В типичных превращениях этого рода новая фаза растет за счет старой путем относительно медленной миграции межфазной границы, скорость которой сильно зависит от температуры. Реакция вплоть до завершения протекает изотермически при некоторой фиксированной температуре, и претерпевшие превращение области обычно не испытывают сколько-нибудь существенных изменений формы. Превращения этого рода известны под названием процессов зарождения и роста в отличие от мартенситных превращений, которые наблюдаются только в твердом состоянии. Такая классификация довольно условна, поскольку и в случае мартенситных превращений рост также начинается с образования зародышей.

Возможность мартенситных превращений определяется правильным расположением атомов в кристаллах и возможностью перехода от одного расположения к другому путем координированного перемещения атомов. Большая часть атомов имеет после превращения тех же самых соседей (лишь по-иному расположенных), и процесс роста в данном случае формально эквивалентен деформационному превращению одной решетки в другую, которое протекает таким образом, что деформация в достаточно малых областях является однородной. При этом претерпевающие превращение области изменяют свою форму и могут быть опознаны, например, по искажениям, которые они вызывают на первоначально плоской полированной поверхности. Известно, кроме того, несколько промежуточных классов превращений. Такое деление основано на механизме процесса роста и вполне применимо постольку, поскольку чаще всего наблюдаемые особенности превращения можно отнести именно за счет стадии роста. Однако в общем случае кинетика превращения зависит как от зарождения, так и от роста, причем наиболее сильно от более медленной из этих двух стадий. Так, например, наличие медленной стадии термического зарождения может привести к тому, что фазовое превращение мартенситного типа будет обладать характеристиками изотермического превращения. Наиболее простым экспериментальным способом определения истинного характера механизма роста является, по-видимому, установление того, наблюдается ли изменение формы областей, претерпевших превращение.

Когда фазы, участвующие в превращении, имеют различный состав, для поддержания роста требуется перенос, часто на значительные расстояния, атомов различных компонентов по направлению к границам растущей области или от них. Если в этом случае граница очень малоподвижна даже при наличии больших движущих сил, то ее скорость по существу может не зависеть от скорости диффузии, и процесс, как и в первом случае, является контролируемым поверхностью раздела.

Противоположный предельный случай соответствует относительно подвижной границе, скорость движения которой определяется целиком скоростью требуемого перераспределения компонентов. В этом случае рост является процессом, контролируемым диффузией.