Термический анализ

Процесс кристаллизации сопровождается выделением определен­ного количества теплоты (теплоты кристаллизации) и поэтому при охлаждении металла зависимость изменения температуры от времени охлаждения может выглядеть следующими образом (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Виды кривых охлаждения

Когда кристаллизуется чистый элемент, отвод теплоты, проис­ходящий вследствие охлаждения, компенсируется теплотой кри­сталлизации. На кривой охлаждения выделяют критические точ­ки. Участок АВ на кривой 1 соответствует охлаждению жидкого металла, участок ВС - процессу кристаллизации, участок СD - ох­лаждению твердого металла.

Вид кривых определяется соотношением между количеством выделяющейся в процессе кристаллизации теплоты Q_крист и скоро­стью отвода теплоты от металла при охлаждении Q_охл.

Если Q_крист = Q_охл, то температура в процессе кристаллизации вплоть до ее окончания будет постоянной (кривая 1).
Если Q_крист > Q_охл, то в процессе кристаллизации будет происхо­дить разогрев (кривая 2).

Если Q_крист < Q_охл, то при кристаллизации будет происходить по­нижение температуры, и тем быстрее, чем меньше Q_крист и больше Q_охл (кривые 3, 4).

Рассмотренные случаи относятся к первичной кристаллизации - процессу образования кристаллов из жидкого состояния. Существу­ет также понятие вторичная кристаллизация - образование кристаллов одного типа из кристаллов другого типа в твердом виде. Это относится к материалам, которые, в зависимости от температу­ры, могут существовать в разных кристаллических формах - поли­морфных модификациях. Полиморфизм - способность вещества изменять свою структуру при изменении температурных условий. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким обра­зом, что образуется решетка другого типа. Это происходит вследст­вие того, что образование новой модификации сопровождается уменьшением свободной энергии, т.е. процесс энергетически выго­ден системе. В условиях равновесия полиморфное превращение протекает при постоянной температуре. Кривая охлаждения имеет вид, представленный на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Кривая охлаждения материала, обладающего полиморфизмом

Как и при первичной кристаллизации, для протекания поли­морфного превращения необходимо некоторое переохлаждение (или перегрев) относительно равновесной температуры для возник­новения разности свободных энергий между исходной и образую­щейся новой модификацией.