Кристаллизация металлов.

Кристаллизация металла- переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической решетки (не путать с аморфизацией, там нет образования кристаллической решетки, расположение атомов в аморфном состоянии такое же как и в жидком).

Для твердого металла, обладающего кристаллическим строением, характерен:

– дальний порядок расположения атомов.

– неизменное межатомное расстояние

– неизменное координационное число

– постоянство угловых соотношений в решетке

Для жидкого состояния характерен

– ближний порядок расположения атомов.

– межатомное расстояние в жидком кристалле больше чем в твердом.

– координационное число у жидкого металла меньше чем у твердого кристаллического тела

– атомы совершают интенсивные колебательные движения, происходит постоянный обмен их местами.

С увеличением температуры перегрева относительно равновесной уменьшается размер устойчивой группировки атомов с ближним порядком.

Например, для алюминия: (ГЦК)

Å,

Å, (в среднем 10-11, но может быть и равным 12).

Температура плавления:

(вольфрам, самый тугоплавкий металл)

(ртуть, самый легкоплавкий металл)

§ 1. Схема процесса кристаллизации.

Предложил Чернов Д.К. в 1861г.

0 мин – жидкое состояние

1 мин – появление мелких кристаллов 1-го поколения

2 мин – рост кристаллов 1-го поколения, появление кристаллов 2-го поколения

3 мин – продолжение роста кристаллов 1-го и 2-го поколения

n мин – формирование зерен

§ 2. Энергетические условия процесса кристаллизации.

Кристаллизация– самопроизвольный процесс. Как все самопроизвольные процессы, протекающие в природе, он вызван тем, что в новых температурных условиях меньшим запасом свободной энергии обладает металл в другом состоянии.

Свободная энергия:

где внутренняя энергия системы

температура

энтропия

Энергия Гиббса:

Степень переохлаждения: (разность между равновесной и фактической температурой кристаллизации).

равновесная температура кристаллизации. Это температура, при которой свободная энергия жидкой фазы равна свободной энергии твердой фазы: .

При из жидкости будут выделяться кристаллы и тут же растворяться в ней, то есть кристаллы не будут развиваться. Для развития процесса кристаллизации нужно понизить температуру на.

Температура, при которой будет развиваться процесс кристаллизации, называется фактической температурой кристаллизации.

возрастает справа налево. Происходит выигрыш свободной энергии, которая является движущей силой кристаллизации.

За процессом кристаллизации удобно наблюдать, записывая кривые охлаждения (на рисунке представлены кривые охлаждения для чистого металла (не сплава):

равновесная температура кристаллизации

- жидкое состояние.

- горизонтальный участок. Жидкая фаза переходит в твердое состояние. Горизонтальный потому что теплоотвод сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации .

При увеличении степени переохлаждения скорость кристаллизации увеличивается.