Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 [ 6 ] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

тела. В жидком металле сохраняется лишь так называемый ближний порядок. Это значит, что в отдельных микрообъемах имеется изменяющееся во времени размещение атомов, соответствующее твердому состоянию (рис. 15, в).

При температуре ниже микрообъемы, имеющие расположение атомов, подобное размещение атомов в твердом металле, могут превратиться в центры кристаллизации (зародыши).

□

□

□

Ij -га

Рис. 14. Схема процесса кристаллизации металла

В процессе кристаллизации возникают зародыши разного размера, однако не все они способны к росту. Зто объясняется тем, что, с одной стороны, при кристаллизации энергия Гиббса С уменьшается вследствие перехода некоторого объема жидкого металла в твердый (рис. 16, кривая J), а с другой стороны, возрастает (рис. 16, кривая 2) благодаря образованию поверхности раздела, с которой связана некоторая поверхностная энергия или энергия поверхностного натяжения.

При образовании зародыша размером меньше Яв (рис. 16, кривая 3) свободная энергия системы возрастает, так как приращение энергии Гиббса G вследствие образования новой поверхности перекрывает его уменьшение в результате образования зародышей твердого. металла.

Следовательно, зародыш размером меньше расти не может и растворяется в жидком металле. Если воз-

Кроме ближнего порядка, в твердом (кристаллическом) теле имеется и дальний порядок. Постоянство межатомных расстояний и угловых соотношений при дальнем порядке сохраняется на больших расстояниях.

никает зародаш размером более то он устойчив п способен к росту, так как при увеличении его размеров энергия Гиббса системы уменьшается.

Рнс. 1Б. Модели строения кристаллического (а) и жидкого (б, е) металла

Минимальный размер зародыша R, способного к росту при данных температурных условиях, называется критическим размером зародыша.

С увеличением степени переохлаждения At размер критического зародыша уменьшается (см. рис. 16, б), а следовательно, число зародышей, способных к росту, Возрастает.

Рост зародышесых vfinmpoe. Рост зародыша происходят в результате перехода агомов нз переохлажденного расплава к кристаллам.

Различают та последовательных элемент2рн,ых процесс:! роста кристаллов:

1) образование двумерного зародьпна (т. е. зародыша одноатсмной толщины) на плоских гранях кристалла; двумерный зародыш должен иметь размер ие меньше критического;

Рис. 16. Изменение энергии Гиббса ыеталла при образовании зародышей кристалла в зависимости от нх размера <а) и степени переохлаждения (б): / - уменьшение энергии Гнббса в результате обра ования зародьшга твердого металла; 2 - возрастание энергии Гиббса вследствие o6p..oi-a-ния поверхности раздела между твердым и жидким металлом; 3 - суммарное изменение термодинамического потенциала

2) рост двумерного зародыша за счет атомов, поступающих из переохлажденной жидкости. После образования па плоской грани двумерного зародыша даль-нейшпй рост нового слоя протекает сравнительно легко, так как появляются участки, удобные для закрепления атомов, переходящих из жидкости. Как видно из рис. \7, атом в положении / закреплен слабо, и может вноиь оторваться. Атом же, поступивший в положение 2, имея три связи, закрепляется надежно. Когда слой атомов покроет всю грань, для образования следующего слоя необходим новый двумерный зародьпп критического размера.

Скорость роста кристаллов определяется вероятностью образования двумерного зародыша. Чем больше степень переохлаждения, тем меньше размер критического зародыша, и тем легче он образуется.

Рост кристалла облегчается тем, что грани его не представляют идеально ровных плоскостей. В этом