Изменение скорости образования зародышей (с. з.) и скорости роста кристаллов (с. р.) в зависимости от степени переохлаждения
Изменение скорости образования зародышей (с. з.) и скорости роста кристаллов (с. р.) в зависимости от степени переохлаждения - раздел Физика, Свойства пластически деформированных металлов
Для Металлов, Которые В Обычных Условиях Кристаллизации Не С...
Для металлов, которые в обычных условиях кристаллизации не склонны к большим переохлаждениям, как правило, характерны восходящие ветви кривых. Это значит, что при равновесной температуре, когда степень переохлаждения равна нулю, скорость образования зародышей и скорость роста также равны нулю, т. е. кристаллизации не происходит. При небольших степенях переохлаждения, когда велик зародыш критического размера, а скорость образования зародышей мала, при затвердевании формируется крупнокристаллическая структура. Небольшие степени переохлаждения достигаются при заливке жидкого металла в форму с низкой теплопроводностью (земляная, шамотовая) или в подогретую металлическую форму. Увеличение переохлаждения происходит при заливке жидкого металла в холодные металлические формы, а также при уменьшении толщины стенок отливки. Поскольку при этом скорость образования зародышей увеличивается более интенсивно, чем скорость их роста, получаются более мелкие кристаллы.
Несамопроизвольная кристаллизация
В реальных условиях процессы кристаллизации и характер образующейся структуры в значительной мере зависят от имеющихся готовых центров кристаллизации. Такими центрами, как правило, являются тугоплавкие частицы неметаллических включений, оксидов, интерметаллических соединений, образуемых примесями. К началу кристаллизации центры находятся в жидком металле в виде твердых включений. При кристаллизации атомы металла откладываются на активированной поверхности примеси, как на готовом зародыше. Такая кристаллизация называется несамопроизвольной или гетерогенной. При несамопроизвольной кристаллизации роль зародышей могут играть и стенки формы.
Наличие готовых центров кристаллизации приводит к уменьшению размера кристаллов при затвердевании. Эффект измельчения структуры значительно увеличивается при соблюдении структурного и размерного соответствия примесной фазы с основным металлом, которое способствует сопряжению их кристаллических решеток.
В жидком металле могут присутствовать и растворенные примеси, которые также вызывают измельчение структуры. Адсорбируясь на поверхности зарождающихся кристаллов, они уменьшают поверхностное натяжение на границе раздела жидкость - твердая фаза и линейную скорость роста кристаллов. Это способствует уменьшению Акр и появлению новых зародышей, способных к росту. Примеси, понижающие поверхностное натяжение, называют поверхностно-активными.
Получение монокристаллов
Большое научное и практическое значение имеют монокристаллы. Монокристаллы отличаются минимальными структурными несовершенствами. Получение монокристаллов позволяет изучать свойства металлов, исключив влияние границ зерен. Применение в монокристаллическом состоянии германия и кремния высокой чистоты дает возможность использовать их полупроводниковые свойства и свести к минимуму неконтролируемые изменения электрических свойств.
Монокристаллы можно получить, если создать условия для роста кристалла только из одного центра кристаллизации. Существует несколько методов, в которых использован этот принцип. Важнейшими из них являются методы Бриджмена и Чохральского.
Метод Бриджмена (рис. а) состоит в следующем: металл, помещенный в тигель с коническим дном 3, нагревается в вертикальной трубчатой печи 1 до температуры на 50-100 °С выше температуры его плавления. Затем тигель с расплавленным металлом 2 медленно удаляется из печи. Охлаждение наступает в первую очередь в вершине конуса, где и появляются первые центры кристаллизации. Монокристалл 4 вырастает из того зародыша, у которого направление преимущественного роста совпадает с направлением перемещения тигля. При этом рост других зародышей подавляется. Для непрерывного роста монокристалла необходимо выдвигать тигель из печи со скоростью, не превышающей скорость кристаллизации данного металла.
Люкс-амперная характеристика фоторезистора
Фотоэлементы с p-n-переходом
При освещении p-n-перехода в нем возникает э. д. с. Это явление используется в фотоэлементах с запирающим слоем, которые могут служить
Механические свойства материалов
Из всех свойств, которыми обладают твердые тела, наиболее характерными являются механические свойства — прочность, твердость, пластичность, износостойкость и др. Именно благодаря э
Кристаллизация металлов
Переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в тве
Кривые охлаждения металла
При большом объеме жидкого металла выделяющаяся при кристаллизации теплота повышает температуру практически до равновесной (кривая а); при малом объеме мет
Схемы установок для выращивания монокристаллов
Метод Чохральского (рис. б) состоит в вытягивании монокристалла из расплава. Для этого используется готовая затравка 2 - небольшой образец, вырезанный из монокристалла по возможнос
Влияние нагрева на структуру и свойства металлов
Процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на две основные стадии: возврат и рекристаллизацию; обе стадии сопровождаются выделением теплоты и уменьшением свободной энергии.
Термическая обработка металлов и сплавов
Определения и классификация
Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их с
Термохимическая обработка
Назначение и виды химико-термической обработки
Химико-термической обработкой называется процесс поверхностного насыщения стали различными элементами путем их дифф
Цементация в твердой среде
Карбюризатором является активированный древесный уголь (дубовый или березовый), а также каменноугольный полукокс и торфяной кокс. Для ускорения процесса к древесному углю добавляют активизаторы —
Газовая цементация
В настоящее время газовая цементация является основным процессом цементации на заводах массового производства. При газовой цементации сокращается длительность процесса, так как отпадает необходим
Способы литья
Литье в землю
Недостатки этого метода заключаются в том, что поверхность детали получается шероховатой, охлаждение детали происходит очень медленно, то есть произво
Снижение себестоимости
Перечисленные выше преимущества литья в кокиль приводят к снижению себестоимости отливок из цветных сплавов.
Кроме того, при литье в кокиль облегчается очистка и обрубка литья, значительно
Высокая прочность
Благодаря быстрому охлаждению отливки приобретают мелкозернистую структуру и повышенную прочность. Чем меньше толщина стенки отливки, тем больше ее прочность.
По сравнению
Конструкционные материалы
Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам
Конструкционными называют материалы, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инжене
Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом
Железо и углерод — элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 1539°С имеет две модификации - α и γ. Модификация Feα, существует при температурах до 911°С и от
Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей
Легирующие элементы вводят для повышения конструкционной прочности стали. Легированные стали производят качественными, высококачественными или особовысококачественными. Их применяют после закалк
Цветные сплавы
Медные сплавы
Свойства меди. Медь металл красновато-розового цвета; кристаллическая ГЦК решетка, полиморфных превращений нет. Медь менее тугоп
Органические полимеры
Органическими называют обширный класс веществ, содержащих в своей основе углерод. Кроме углерода в этих веществах содержится обычно водород, кислород, азот, сера, фосфор. Соединен
Неорганические материалы
К неорганическим полимерным материалам относятся минеральное стекло, ситаллы, керамика и др. Этим материалам присущи негорючесть, высокая стойкость к нагреву, химическая сто
Кристаллическая решетка графита
В узлах каждой ячейки располагаются атомы углерода. Межатомное расстояние равно 0,143 нм. Между атомами действуют силы прочной ковалентной связи. Отдельные плоскости расположены на
Керамика на основе чистых оксидов
В производстве оксидной керамики используют в основном следующие оксиды: А12О3 (корунд), ZrO2, AlgO, CaO, BeO. Структура керамики однофазная поликристаллическая. К
Бескислородная керамика
К тугоплавким бескислородным соединениям относятся соединения элементов с углеродом — карбиды, с бором — бориды, с азотом — нитриды, с кремнием — силициды и с серой — сульфиды. Эти соединения отлич
Композиционные материалы
Композиционные материалы с металлической матрицей
Композиционные материалы состоят из металлической матрицы, упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые матер
Новости и инфо для студентов