Гетерогенное образование зародышей в расплавах

При фазовом переходе следует делать различие между гомогенным и гетерогенным образованием зародышей. При гомогенном образовании зародышей имеет место фазовый переход (например, расплав—кристалл) при отсутствии границ раздела, т. е. внутри самой фазы за счет статистических колебаний плотности и кинетической энергии без участия посторонних поверхностей раздела. Если кристаллизация происходит на стенках сосуда, на других кристаллах (т. е. при участии посторонних по- [c.284]

Для расчета работы гетерогенного образования зародышей используем модель, указанную на рис. 13.7. Из гомогенной фазы а, например, расплава, раствора или газовой фазы возникает на чужеродной подложке Я зародыш (фаза р в виде шарового сегмента с радиусом г). Зародыш введен в расплав и образует с подложкой краевой угол . Для состояния равновесия на основе соотношения Юнга (12.35) можно составить следуюш,ий баланс энергии [c.297]

Образование зародышей на стенках тигля зависит от газовой среды в печи, что связано с влиянием газов на смачиваемость железа слюдяным расплавом. Так, в водородной среде материал тигля хуже смачивается (краевой угол 0 около 90°), чем в азоте и аргоне. Это способствует достижению более значительного переохлаждения расплава и более массовому характеру кристаллизации. Чем меньше краевой угол смачивания, тем легче происходит образование зародыша, и уже при 0 — 45° высота потенциального барьера для зарождения на поверхности на порядок меньше, чем для зарождения в объеме. При гетерогенном зарождении кристаллов расплав слюды характеризуется высокой кристаллизационной способностью. Максимальная скорость зародышеобразования по данным подсчета центров кристаллизации (сфе-ролитов) в образцах, полученных в условиях переохлаждения на несколько десятков градусов, составляет примерно 100 зародышей на 1 см2 поверхности в течение 1 с. [c.39]

В отличив от описанного гомогенного зарождения, т. е. самопроизвольного образования зародыша кристаллизации внутри метастабильной фазы, при гетерогенном зарождении зародыши образуются на частицах другой фазы — пылинках, частицах примеси или на стенках сосуда, на инородных предметах, в частности, на введенных в расплав или раствор кристалликах, от которых начинается рост нового кристалла, — так называемых затравках. В промышленных методах кристаллизации чаще используют именно гетерогенное зарождение, применяя затравки из выращенного вещества или из изоморфных ему веществ. Употребляя за- [c.359]

Температура зародышеобразования в очень малых металлических каплях в большинстве случаев гораздо ниже, чем в объемном жидком металле. В случае олова, например, температура образования зародышей в очень малых каплях на 85° С ниже, чем в объемном металле. Это приписывается распределению между каплями твердых частиц, катализирующих гетерогенное зародышеобразование. Если капли достаточно малы, только малая их доля будет содержать хотя бы одну каталитическую частицу, а в большинстве капель процесс зародышеобразования будет протекать по гомогенному, а не каталитическому механизму, что требует значительного переохлаждения. Однако объемный жидкий металл будет содержать по крайней мере несколько каталитических частиц, и благодаря высокой ско-])ости роста металлических кристаллов весь расплав затвердеет, как только температура упадет достаточно низко для того, чтобы произошло образование зародышей на наиболее активных частицах. А это требует сравнительно небольшого переохлаждения. [c.114]

Ясно, что конфигурациями, аналогичными изображенным на фиг. 5.1,а—д, можно воспользоваться и при выращивании в открытых лодочках (иногда такой способ называют методом Чалмерса) (фиг. 5.1,е и ж). В этом случае чаще пользуются горизонтальными, а не вертикальными печами. Превалирование монокристалла на границе раздела кристалл—расплав зависит от исходной ориентации зародившихся первыми кристалликов и наклона границ зерен между ними. Эти моменты так и не стали предметом сколь-либо подробного исследования в практике промышленного выращивания кристаллов по методу Бриджмена— Стокбаргера, потому что всегда можно эмпирически подобрать форму тигля, градиент температуры и скорость опускания тигля (или скорость охлаждения печи) так, чтобы во всех случаях добиться образования монокристалла или хотя бы крупных монокристальных участков в объеме тигля. Однако нужно иметь в виду, что в подобных случаях должно преобладать гетерогенное зарождение на стенках тигля, так что при прогнозировании ориентации зародышей могут оказаться полезными теории гетерогенного зарождения. Подобным же образом способны принести пользу при определении вероятности превалирования монокристальных зерен на поверхности раздела и теории, рассматривающие энергию границ зерен в зависимости от их ориентации. Само собой разумеется, что при выращивании кристаллов по методу Бриджмена—Стокбаргера можно было бы прибегать к специальному затравливанию, помещая монокристальную затравку в конце тигля и подбирая такой температурный профиль в печи, чтобы подобная затравка не расплавилась. Но экспериментально это часто выливается в утомительную процедуру, поскольку в обычной установке Бриджмена — Стокбаргера температура неизвестна и регулируется с недостаточной точностью а следить визуально за затравкой не позволяют непрозрачные тигли и стенки печи. Можно, конечно, сделать тигли и трубки из плавленого кварца и снабдить последние специальными желобками на поверхности для проволочных нагревателей сопротивле- [c.178]

Большое влияние на процесс кристаллообразования в расплаве оказывают различные примеси. Особенно важную роль в этом отношении играют механические примеси, находящиеся в расплаве в виде взвешенных частиц микронного и субмикронного размера и играющие роль затравки при образовании зародышей. Последнее объясняется тем, что работа образования зародышей на готовой поверхности (гетерогенное зародышеоб-разование) меньше, чем работа флуктуативного образования зародышей (гомогенное зародышеобразование) в объеме расплава. Такое гетерогенное зародышеобразование возможно лишь, когда расплав является лиофильным по отношению к поверхности частицы. Возникающий на ней в этом случае адсорбционный слой вызывает соответствующее структурирование прилегающего расплава, что приводит к облегчению образования зародышей на данной поверхности по отношению к зародыше-образованию в объеме расплава. Вследствие этого начало кристаллообразования обычно смещается в сторону меньших переохлаждений по сравнению с тем, что было бы, если бы исходный расплав был тщательно очищен от взвешенных частиц. Аналогичное явление имеет место и в случае кристаллизации на специально вводимых в расплав затравочных кристаллах, что широко применяется в различных способах выращивания монокристаллов. [c.109]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология