20. Исследование гомогенного и гетерогенного зародышеобразования при росте кристаллов.

Гомогенное зародышеобразование

Переохлажденные расплавы являются ультрамикрогетерогенными систе-мами. С увеличением переохлаждения резко возрастает степень скопления ас-социации расплава и образуются скопления частиц – квазикристаллы. Они мо-гут достигать размеров коллоидных частиц гелей и существуют кратковремен-но, располагаясь под действием теплового движения и одновременно возникая в других точках расплава. При благоприятных условиях образовавшийся агре-гат ионов (квазикристалл, зародыш) оказывается устойчивым. Это происходит там, где средняя энергия ионов мала. Число ионов в устойчивом агрегате может колебаться от 10 до нескольких тысяч. Возникший агрегат вначале не имеет формы (цепи, сгустки, слои). Чтобы стать центром кристаллизации, он должен обладать определенной структурой. Поэтому ионы в агрегате, оказавшемся ус-тойчивым, постепенно ориентируются и располагаются в таком же порядке, ка-ково их расположение в кристаллической решетке выделяющейся твердой фа-зы. Для образования центров, являющихся дискретными областями новой фазы, необходимо как протекание фазового превращения, так и образование поверх-ности раздела между двумя фазами. Это связано с изменением свободной энер-гии системы в процессе кристаллизации, то есть:1. Образование границы или поверхности между зародышем и маточной фазой, благодаря чему свободная энергия возрастает на величину поверхностной энергии.

Гетерогенное зародышеобразование

В большинстве систем скорость образования центров новой фазы ускоря-ется в присутствии стенок сосуда, границ зерен, коллоидных включений и дру-гих поверхностей, существовавших в системе до образования центров новой фазы. Влияние этих поверхностей состоит в том, что в их присутствии проис-ходит уменьшение величины энергии образования зародышей ΔF* за счет уменьшения влияния энергии поверхности раздела фаз. Условием для протека-ния гетерогенных процессов является то, что поверхность, катализирующая об-разование центров новой фазы должна смачиваться вновь образующейся фазой в присутствии расплава. При этом центры кристаллизации имеют иной химиче-ский состав, чем вырастающие на них кристаллы. Скорость гетерогенного об-разования зародышей кристаллизации значительно выше, чем скорость гомо-генного образования.

Рост кристаллов

После возникновения в условиях переохлаждения устойчивых зародышей происходит увеличение их размеров и формируются кристаллы. Характеристи-кой этой стадии является величина линейной скорости роста кристаллов или увеличение их массы со временем.

Наибольшее значение для процесса роста кристаллов имеют два момента: 1) диффузия жидкого агента (расплава) и поверхности образовавшегося зародыша;

2) Поверхностная реакция или акт встраивания строительных единиц в растущую поверхность. Скорость роста кристаллов определяется процессами диффузии на межфазовых границах.