ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фазовые переходы и их влияние на структуру и свойства материалов из "Основы физикохимии и технологии композитов" Как отмечалось, межфазное взаимодействие оказывает влияние на прочность связи компонентов композита, возможность химических реакций и образования новых фаз на фаницах, формируя такие свойства как термостойкость, устойчивость к действию афессивных сред, прочность и другие важные эксплутационные характеристики нового материала. Поэтому при производстве и эксплуатации композитов возникает актуальная научная физико-химическая проблема изучения фаничных химических реакций и фазовых переходов в многокомпонентных систе.мах. [c.32] При разработке новых соединений офомное значение имеют фазовые диаграммы состояния, офажающие взаи.модействие ко.мпонен-тов, образование твердых растворов, стабилизацию тех или иных фаз, образование промежуточных соединений и фазовые равновесия. [c.32] Законы термодинамики определяют условия равновесия фаз и форму диафамм состояния. Согласно правилу фаз Гиббса, максимальное число фаз Р, которые могут сосуществовать в химической системе, плюс число степеней свободы Р равно числу компонентов С плюс 2. [c.32] Характерные виды фазовых диафамм для двухкомпонентных систем представлены на рис. 3.1. [c.32] Физической причиной конкретной кристаллической структуры любого элемента и его модификаций яв.ляется перекрытие валентных и подвалентных оболочек его атомов, приводящее к образованию определенных межатомных связей Число, протяженность и симметрия орбиталей атомов данного конкретного элемента полностью определяют число, длину, ориентировку и энергию межатомных связей, образующихся в результате перекрытия этих орбиталей, а, следовательно, размещение атомов в пространстве, т е. кристаллическуто структуру, а также физико-химические свойства элемента. [c.34] Основные виды фазовых превращений рассмотрим на примере металлических структур, поскольку. металлы составляют большую часть элементов таблицы Менделеева. [c.34] Полиморфные превращения (способность веществ в зависимости от внешних условий кристаллизоваться в различных формах) и.меют огро.мное практическое значение, так как, благодаря различной растворимости легирулощих э.лементов в высоко- и низкоте.мпературных модификациях, путем термической обработки можно получать желаемую структуру и изменять в огромном диапазоне физико- хи.мические свойства металлических сплавов. [c.34] Повышение те.мпературы в связи с увеличением энергии и а.мпли-ту ды тепловых колебаний атомов вызывает полиморфные превращения многих. металлов Наиболее характерными д.ля металлов являются фазовые переходы плотных гексагональнььх (ПГ) и гранецентрированных кубических (ГЦК) упаковок в объемно-центрированную кубическую (ОЦК) структуру (табл. 3.1). [c.34] Отмети.м важную закономерность полиморфных превращений в металлах если металл имеет ОЦК структуру при ОК или начиная с некоторой более высокой температуры, то при дальнейшем нагревании вплоть до Т п.т ОЦК-структура не испытывает никаких превращений. Ряд металлов имеют ОЦК структуру при абсолютном ОК (К, КЬ, Сз, Рг, Ва, Ка, Ей, N0, V, МЬ, Та, Ра, Сг, Мо, Щ. [c.35] Единственное исключение из этой закономерности превращение ОЦК -Ре- ГЦК 5-Ре, происходящее при нагреве выше 911°С, которое лежит в основе термической обработки стали и чугуна. Однако при 1394°С происходит нормальное превращение ГЦК у-Ре - ОЦК 5-Ре, связанное с термическим расщеплением Зй/ -оболочки. Уникальный переход обусловлен наличием у Ре четьфех не спаренных Зс/- орбиталей, определяющих магнитный. момент на ато.ме Ре, и двух расщепленных Зй -орбиталей. Перекрытие таких Зй -оболочек и обусловливает ОЦК структуру а -Ре при те.мпературах ниже 911°С. Переход а -Ре у-Ре связан Ь ферро.магнитным состояние 1 железа при температурах ниже 768°С и антиферромагнитным состоянием а (Р)-Ре в интервале температур 768-911°С. При 911°С происходит переход антиферро-магнитного ОЦК нм (Р)-Ре в парамагнитное ГЦК у-Ре и, следовательно, это превращение не представляет исключения из общей последовательности переходов. [c.35] Твердые растворы - однородные (гомогенные) кристаллические фазы переменного состава в двойных или многокомпонентных системах. Образование твердых растворов следует рассматривать из первых принципов, а именно, с позиций возникновения связей между атомами растворите,ля и растворяющихся элементов. В зависимости от положения атомов растворенного элемента различают твердые растворы замещения, внедрения и вычитания. [c.36] В твердых растворах замещения растворенное вещество за.мещает исходное - атом на атом, ион на ион, молекула на молекулу При этом число частиц (атомов, молекул) в элементарной кристаллической ячейке остается постоянным. [c.36] ютрим образование растворов замещения на основе модели перекрывания внешних валентных i-оболочек, применительно к важнейшим промышленным металлическим сплавам с плотной кубической упаковкой Fe, Со, Ni, u, а также сплавов на базе металлов с плотной гексагональной Сфуктурой Mg, Zn, Ti, Zr и др. [c.37] Перекрытие строго сферических 5-оболочек ведет к образованию ГЦК - Сфуктуры типа меди, а перекрытие слегка вытянутых или сплюснутых сфероидальных s-оболочек - плотных гексагональных сфуктур. Замещение атома в решетке растворителя, например Ni, с атомным радиусом 1,24A и электронной концентрацией 2эл/ат, большим атомом легирующего элемента, например Си (r=l,28A, 1э.л/ат), ведет к оттеснению атомов никеля от узла, занятого атомом меди, и созданию зоны сжатия. Согласно модели перекрывающихся 5-оболочек происходит совмещение максимумов элекфонной плотности 45-оболочки атома меди с максимумами 45 -оболочек атолюв никеля. Атом меди оказывается центром зоны сжатия, бысфо убывающей к периферийным атомам никеля на расстоянии 2-3 постоянных решетки. Локальный характер изменения длины и энергии межатомных связей вокруг растворенного атома объясняет реальные отклонения от правила Вегарда, постулирующего линейные изменения параметра (или атомного объема) при возрастании доли легирутощего элемента. [c.37] Наряду с рассмотренными, нужно учитывать и другие виды фазовых переходов, например, в магнитных и электрических полях. Как показывают исследования, при низких температурах ( 100К) фазовые переходы в магнитно.м поле указывают на относительный характер разделения веществ на металлы, полупроводники и диэлектрики. В магнитном поле одно и то же вещество может быть и диэлектриком, и полупроводником, и металлом, что особенно важно при разработке новых композитов для решения задач современной микроэлектроники. [c.40] Вернуться к основной статье