Механизм процесса кристаллизации

Еще в 1878г. Д.К. Чернов, изучая, структуру литой стали, указал, что процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов.

Первый процесс заключается в зарождении мельчайших частиц кристаллов – зародыши и центры кристаллизации.

Второй процесс состоит в росте кристаллов из этих центров.

Процесс образования кристаллов путем зарождения центров кристаллизации и их роста можно изучать с помощью рассмотрения моделей (схем), что с успехом применялось И.Л. Миркиным (иллюстрация).

Рис. Модель процесса кристаллизации

Рассмотрение схем кристаллизации позволяет объяснить два важных момента:

1. По мете развития процесса кристаллизации в нем участвует все большее и большее число кристаллов. Поэтому процесс вначале ускоряется, пока в какой – то момент (50 %) взаимное столкновение растущих кристаллов не начинает заметно препятствовать их росту. Рост кристаллов замедляется, тем более что и в жидкости, в которой образуются новые кристаллы, становится все меньше.
2. В процессе кристаллизации, пока кристалл окружен жидкостью, он часто имеет правильную форму, но при столкновении и срастании кристаллов их правильная форма нарушается, внешняя форма кристалла оказывается зависимой от условий соприкосновения растущих кристаллов. Вот почему кристаллы металла, зерна (кристаллиты) не имеют правильной формы.

Скорость всего процесса кристаллизации количественно определяется двумя величинами:

- скоростью зарождения центров кристаллизации;

- скоростью роста кристаллов.

Процесс кристаллизации может протекать только при условии уменьшения свободной энергии.

Рис. Зависимость энергии системы от размера зародыша твердой фазы

Если образуется зародыш размером меньше r_к, он расти не может, т.к. это привело бы к увеличению энергии системы.

Если же образуется зародыш размером r_к и более, то его рост возможен, так как это приведет к уменьшению свободной энергии. Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическимразмеромзародыша, а такой зародыш называется устойчивым.

Чем ниже температура (степень переохлаждения), тем меньший размер имеет устойчивый зародыш, тем больше число центров кристаллизации образуется в единицу времени, тем быстрее протекает процесс кристаллизации.

Дата добавления: 2014-01-11