Cimmerman (523120), страница 19
Текст из файла (страница 19)
е. при температуре плавления не могут существовать стабильные зародыши. 2. Гетерогенное зародышеобразоваиие. Для зародышеобразования зачастую иет необходимости в значительном переохлаждении (ЬТ); достаточно неоднородностей структуры исходной фазы — дефектов решетки, чужеродных фаз, готовых поверхностей подложек, которые понижают энергию, необходимую для образования зародыша. Каталитически действующие поверхности раздела способствуют механизму гетерогенного зародышеобразования, поэтому кристаллизация происходит уже при незначительном переохлаждении.
Действие чужеродной фазы или любой другой подложки усиливается в случае малой понерхностной энергии при образовании данного зародыша, в случае малого значения граничной (т. е. тоже поверхностной) энергии между собственно зародышем и подложкой (когерентное, эпитаксиальное зарождение). 3. Атермическое зародышеобразование. Рост зародышей характеризусься движени- ем способных к скольжению границ, например при мартенситном превращении (спонтанное, практически не зависящее от времени зародышеобразование). Процесс образования зародышей в данном случае обусловлен связанным, коонеративным движением целых атомных рядов и плоскостей, что и определяет ход процесса превращения, в основе которого лежит зародышеобразование с помощью сдвига.
4. Величины, влияющие на механизм зародышеобразования: свободная энергия; поверхностная энергия; упругая энергия; уровень энергии на подложке в катализаторе, способствующей зародышеобразованию; диффузионная подвижность участвующих атомов. Эти величины связаны непосредственно: 1) с составом матрицы (исходной фазы) и зародыша (конечной фазы); 2) со структурой матрицы и зародыша; 3) с различием в удельных объемах исходной и конечной фаз; 4) с видом и числом дефектов в решетке исходной фазы; 5) с наличием метастабильных фаз (стадийный переход 1-+.3).
а. Зародышеобразование на граничных поверхностях (поверхностях раздела). Происходит при следующих условиях; Лбг=0 — равновесие; — Лйг — при переохлаждении; Лб; — функция структуры и состава участвующих фаз; у — функция состава и строения граничной поверхности между зародышем и матрицей. Пренебрегая разницей в объемах, различают три случая (см. 1.5.3) зародышеобразования: — когерентное — решетки исходной и новой (конечной) фазы в значительной мере совпадают, поверхностная энергия на граничных поверхностях пренебрежимо мала; †, частично когерентное — имеется некоторое различие параметров однотипных решеток, присутствуют дислокации, уменьшающие упругие напряжения за счет аккомодации решеток. Поверхностная энергия выше, чем в случае 1; — некогерентное — большое различие параметров решеток, наличие зернограничвых дислокаций, образование изотропной новерхности (переходной решатки); высокая поверхностная энергия границ, уменьшение упругой энергии.
При Лсгг=сопз( легче всего реализуется когерентное зародышеобразование, затем частично когерентное и труднее всего некогерентное; промежуточные случаи почти не встречаются. При затвердевании расплава реализуется, как нравнло, некогерентное зародышеобразование; при превращении в твердом состоянии обычно реализуется определенная степень когерентности; в процессе. раста частиц в твердом анизотропном окружении уменьшается когерентностгь существовавшая на начальных стадиях превращения. Однако связь ориентировок между матрицей и новой фазой будет сохраняться по ме е развития превращения. раничные случаи могут быть определены по форме частиц (5] (см.
рис. 1.145): когерентные — относительно правильной геометрической формы четко ограниченные частицы новой фазы с плоскими поверхностями; некогерентные — неправильной формы, с тенденцией к скругленшо граничных поверхностей. Рис. ь145 б. Зародышеобразование ' на границах Границы между однородными или различными фазами способствуют образованию зародышей в тем большей степени, чем выше нх энергия. Энергия границ: зерен — от 500 до 1000 эрг.ем †', двойников — от 50 до 100 эрг.см-'; малоугловых границ субзерен — от близкой к 0 до 100 эрг см-'-.
Влияние границ зерен; — влияние на зародышеобразование увеличиваегся по мере увеличения поверхностной энергии, что в конечном счете ведет к образованию некогерентного зародыша; — когерентные границы (с низкой энергией) могут в ряде случаев оказывать к сдерживающее влияние на образование зародышей; — в случае, если граница (приграничный объем) имеет измененный состав, наблюдается весьма активное влияние таких границ зерен на увеличение интенсивности процесса зародышеобразования (частично когерентные образования) (см, 1.10.3). в. Зародышеобразование при наличии дислокаций.
Происходит путем сдвига (см. 1.11), обычно связано с наличием дефектов упаковки расщепленных дислокаций. Дефекты упаковки являются подготовленным местом для образования зародышей новой фазы. Поле напряжений вокруг дислокации может несколько снижать энергетический барьер при зародышеобразовании. Возникновение атмосфер атомов примесей вокруг дислокаций также благоприятствует образованию выделений. г, Зародышеобразование при наличии вакансий.
В случае превращений и выделений, контролируемых диффузией, всегда облегчается. д. Зародышеобразование в условиях прерывистых выделений. Образование прерывистых выделений обусловлено автоката- литическим характером процесса формирования зародышей, которое происходит при следующих условиях: скорость зародыше- образования велика только на границах зерен; скорость зародышеобразования велика на дислокациях; фронт реакции— граница зерна или области с высокой плотностью дислокаций или с высокой плотностью вакансий.
Зто определяет ускоренное движение фронта зародышеобразо- ваиия; уменьшается вероятность гомогенного зародышеобразовання или однородного образования зародышей (за счет вакансий) в матрице. е. Влияние метастабильных фаз на зародышеобразование, й(етастабильная фаза большей часп*ю образуется на начальной стадии процесса выделений частиц. Она имеет низкую поверхностную энергию на границе с исходной фазой, когерентное или частично когерентное сопряжение граничных поверхностей.
Стабильная фаза образуется при переходе метастабильной фазы в стабильную— превращение одной фазы в другую в твердом соединении; стабильная фаза возникает в результате нового зародышеобразования — растворение (исчезновение) мета- .стабильной фазы. 5. Общие замечания (5, 13]. На рис. 1.146 показано изменение свободной энергии в процессе зародышеобразования в зависи- сс ч Рнс. 1.146 мости от г при различных механизмах образования зародышей (на этом рисунке: .а — гомогенное зародышеобразование при .когерентном сопряжении фазы и матрицы; б — гетерогенное на дефектах упаковни; .э — гетерогенное на дислокациях; г — гетерогенное на скоплениях вакансий; д — го.могенное при некогерентном сопряжении).
Число центров Кв2 ('ияачг число абра.эуюя4яхгя зародышей или частого эпроды- шгобраэонания). Кн2 — число зародышей *фазы (л), которое образуекя в расплаве (в матрице) (см-а мин-') в единицу времени (1) в единице объема. Кнл-дл/Ж С увеличением ЬТ возрастаег КэЯ.
Снорогга роста (ок) — прирост длины кристалла в определенном направлении в единицу времени: он 4 Щдг. Зависимость он от ЬТ представлена на рис. 1.147. Введение затравки э раггсгаэы — процесс внесения чужеродных зародышей для получения мелкого зерна. Монокристалл. Получается из расплавов, в которых существует только один зародыш. 1.8.1.2. Формы кристаллов Равновесная Форма, Кристалл в его окончательной форме всегда представляет собой полиэдр, ограниченный плоскостями с наименьшей упругой энергией (с наименьшей аккомодационной деформацией при встрече с другими кристаллами или с матрицей). Граничные поверхности обладают наиболее плотной упаковкой, а кристалл Рри данном объеме обладает минимальной поверхностной энергией.
Формы роста. В реальных условиях скорость перемещения (наращивания) атомных рядов, которая определяет рост кристалла, будет пропорциональна удельной поверхностной энергии. Из-за наличия различных препятствий (помех) прежде всего будут образовываться такие кристаллы, для формирования которых нужна минимальная поверхностная энергия. Искаженные формы роста — усы (см. 1.8.3) и дендриты. Совершенство дендритных структур затвердевания зависит от размеров н формы образующегося кристалла, его строения и условий образования. Характерные особенности вроцесса затвердевания, определяющие образование дендрнтов: а) дендрит возникает только в переохлажденном расплаве; б) направление роста кристаллографически строго ориентировано; в) дендриты закономерно разветвляются через равные расстояния вдоль главной оси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
