Поверхностная энергия границ зерен

Если межфазная свободная поверхностная энергия границы раздела твердой и жидкой фаз мала, а энергия границы зерна велика, то может выполняться условие Гиббса—Смита В этом [c.125]

Пластическая деформация металла приводит к неравномерным искажениям составляющих его кристаллитов и возникновению напряженного состояния. Области с таким состоянием имеют более высокую свободную энергию, чем соседние с неискаженной структурой. Вследствие этого при отжиге происходит рекристаллизация — снятие напряжений и превращение искаженных мелких зерен в более крупные — равновесные. Такой рост зерен обусловлен уменьшением поверхностной энергии. Процесс начинается с образования зародышей ненапряженных кристаллов, которые затем разрастаются по объему металла. При этом происходит движение границ между зернами, скорость которого v имеет температурную зависимость аррениусовского типа, т. е. [c.281]

Если межфазная свободная поверхностная энергия границы раздела твердой и жидкой фаз мала, а энергия границы зерна Огз велика. [c.102]

Представим себе (см. рис. 96) находящиеся в зерне две поры разного диаметра (2 и 3). Как уже указывалось, концентрация вакансий больше вблизи поверхности с большей кривизной (с меньшим радиусом кривизны). Другими словами, концентрация вакансий будет больше вблизи поверхности мелких пор, чем вблизи поверхности крупных пор. Это создает поток вакансий от мелких пор к крупным или, иначе, поток атомов в обратном направлении. В результате этого мелкие поры будут зарастать, а крупные увеличиваться. Этот процесс, который можно рассматривать как слияние мелких пор в крупные ( поедание мелких пор крупными), называется коалесценцией пор. Очевидно, что коалесценция не приводит к уменьшению общей пористости (общего объема пор), а сопровождается только перераспределением их по размерам (условно этот процесс может быть назван внутренним спеканием в отличие от внешнего спекания, сопровождающегося уменьшением общей пористости). Процесс коалесценции выгоден системе, так как при объединении мелких пор в крупные уменьшается внутренняя межфазовая поверхность (на границе твердая фаза — пора) и, следовательно, уменьшается поверхностная энергия. [c.340]

Границы зерен в чистом металле более склонны к разъеданию, чем само зерно. Это свойство используется при травлении металлов. В отличие от правильного расположения атомов в кристаллической решетке внутреннего объема материала атомы границы зерна упакованы гораздо свободнее. Так как границы обладают поверхностной энергией, то для материала границы можно ожидать большей скорости растворения, чем для материала объема зерна. [c.203]

Как уже указывалось, уменьшение свободной поверхностной энергии при спекании может идти за счет роста зерен. В процессе спекания геометрически неизомерных частиц образуется сетка границ между зернами, причем границы могут иметь произвольную кривизну. При контакте зерен по искривленной поверхности происходит перемещение границы по направлению к центру кривизны, так как поверхностная энергия на вогнутой поверхности меньше поверхностной энергии на выпуклой поверхности. [c.181]

Дефекты имеют большое значение в процессах спекания зерен катализаторов. Процесс спекания объясняется тем, что на поверхности пор образуются вакансии, которые диффундируют затем через объем к границам зерна. Это вызывает встречный поток атомов от границ зерна к порам, вследствие чего уменьшаются размеры пор и уплотняется масса. Границы зерен являются ловушками вакансий. С термодинамических позиций процесс спекания, приводящий к уменьшению поверхности, связан с уменьшением свободной энергии поверхности. Поверхностная энергия пор, генерирующих вакансий, служит движущей силой диффузии. [c.458]

Наличие даже немногочисленных трещин разрушения, идущих по зернам, наряду с результатами, полученными на монокристаллах, убедительно говорит о том, что само по себе присутствие межкристаллитных границ не является необходимым для проявления эффекта снижения прочности и пластичности в присутствии легкоплавких расплавов, т. е. что этот эффект но связан с межкристаллитной коррозией, а обусловлен сильным понижением поверхностной энергии металла. Вместе с тем, специфическая роль границ зерен, которые в присутствии сильно адсорбционно-активного компонента оказываются наиболее ослабленными местами в кристалле, требует дополнительного анализа. В качестве причин, обусловливающих эту особенность, можно отметить следующие факторы. [c.258]

Прежде всего, необходимо иметь в виду, что граница зерна обладает значительной избыточной свободной энергией на единицу площади [231 ], — это десятки (и даже сотни) эргов на квадратный сантиметр. Пусть — удельная свободная поверхностная энергия металла, а Од — удельная свободная энергия на границе зерна. Тогда в случае хрупкого разрушения но зерну работа, необходимая для продвижения трещины на 1 см , составит около 2а в случае хрупкого разрушения по границе зерна эта работа должна быть равна 23о—Оз. Даже если отвлечься от анизотропии зерен, естественно предполагать, что разрушение по границе зерна не имеет при этом существенных преимуществ перед разрушением по зерну, поскольку величина Од значительно меньше величины 2а . Если же материал резко анизотропен в отношении механических характеристик, т. е. имеет ярко выраженные плоскости спайности, то совершенно очевидно, что разрушение должно происходить по телу зерен. [c.258]

При использовании кристаллического материала на свойства поверхности влияет межзеренная граница. Интенсивная сегрегация примесных атомов вблизи границы зерна также влияет на поверхностные свойства. Для металлов причиной сегрегации является снижение поверхностной энергии. По другим соображениям поверхностная сегрегация способствует снижению энергии деформации решетки. Как примесные атомы влияют на поверхностную энергию, видно на примере легирования железа фосфором. Поверхностная энергия б-железа равна 2,1 Дж/м , а добавка 0,36% фосфора приводит к снижению этой величины до 1,2 Дж/м . [c.104]

В соответствии с этим измерения зависимости величины разрушающих напряжений при коррозионном растрескивании от размера зерен могут быть использованы для определения значения поверхностной энергии. Однако Колеман и др. [21] в своих экспериментах получили значения поверхностной энергии заметно меньше, чем в других экспериментах. На основании этого они пришли к выводу, что поверхностная энергия, связанная с образованием трещины, уменьшается за счет адсорбции некоторых атомов или ионов, обладающих специфическими свойствами в средах, вызывающих коррозионное растрескивание. Однако можно и по-другому объяснить влияния размеров зерен на поведение сплавов при коррозионном растрескивании. Поведение сплава зависит от характера пластической деформации материала, а последний связан с размером зерна. Таким образом, уравнение (5.6), где — напряжение, обусловливающее пластическую деформацию при испытании по методу с заданной деформации, а значение /, определяющее сопротивление образованию полосы скольжения на границе зерна, может указывать на характер пластической деформации металла. Из этого следует, что влияние размеров зерен на коррозионное растрескивание может быть просто связано с их влиянием на характер пластической деформации в материале. Данные, приведенные, например, на рис. 5.18 и в разделе 5.2, предполагают, что влияние размеров зерен на коррозионное растрескивание, вероятно, в такой же степени связано с характером пластической деформации, как и с понижением поверхностной энергии. [c.234]

В поликристаллическом теле материал, находящийся в непосредственной близости от границы, обычно имеет более высокую поверхностную энергию, чем внутри зерна. Таким образом, поликристаллический однофазный образец не находится в истинном равновесии, так как более низкая свободная энергия и более стабильная структура получаются в результате объединения нескольких мелких кристаллов в один монокристалл. Влиянием поверхностной энергии при построении диаграмм равновесия металлических систем обычно пренебрегают, хотя она имеет большое значение при изучении таких проблем, ак, например, рост зерна. [c.8]

При разрушении поликристаллических образцов под влиянием расплавов, наряду с трещинами по границам зерен, наблюдаются также немногочисленные трещины и на отдельных зернах. Это свидетельствует о том, что наличие межкристаллитных границ не является необходимым условием для проявления эффекта снижения прочности и пластичности в присутствии расплавов металлов. Таким образом, эффект понижения прочности связан с уменьшением поверхностной энергии твердых металлов, [c.184]

Непосредственно с поверхностными явлениями связан гетерогенный ката ЛИЗ — увеличение скорости химической реакции в присутствии не реагирующей посторонней фазы. Особое значение поверхностные явления имеют для понимания свойств твердых тел и протекающих в них процессов. Как указывалось в в гл. XIV, в металлах наряду с внешней поверхностью раздела существуют внутренние. Это прежде всего границы между зернами. Избыточная энергия, связанная с ними, пропорциональна их поверхности. Поэтому оправдано понятие пограничного сгущения свойств и можно говорить об адсорбции на границах зерен. [c.294]

Непосредственно с поверхностными явлениями связан гетерогенный катализ — увеличение скорости химической реакции в присутствии не реагирующей посторонней фазы. Особое значение поверхностные явления имеют для понимания свойств твердых тел н протекающих в них процессов. Как указывалось в гл. XIV, в металлах наряду с внешней поверхностью раздела существуют внутренние. Это прежде всего границы между зернами. Избыточная энергия, связанная с ними, пропорциональна их поверхности. Поэтому оправдано понятие пограничного сгущения свойств и можно говорить об адсорбции на границах зерен. Малые количества примесей, адсорбированных на этих границах, могут существенно изменять многие свойства тел. Так, сотые и даже тысячные доли процента олова резко снижают прочность жаропрочных сплавов при высоких температурах. [c.383]

Диффузия в твердых телах Хотя диффузия в твердых телах в основном и подобна диффузии в жидкости, все же в первом случае имеются известные усложнения. Они обязаны наличию в твердых телах трещин, образующихся в результате механических напряжений, и границ раздела между зернами, через которые иногда происходит диффузия. Таким образом диффузия в твердом теле может совершаться либо как объемная диффузия , т. е. гомогенно через кристаллическую решетку, либо как диффузия вдоль границ зерен , или поверхностная диффузия . Последняя может протекать либо вдоль трещин, имеющихся на поверхности раздела между зерном и окружающим веществом, либо вдоль поверхности зерна кристалла. Необходимо различать эти два типа диффузии, так как они протекают с весьма различными скоростями. На основе данных для скоростей и энергии активации в некоторых случаях можно определить, к какому типу относится данный процесс диффузии. [c.511]

В заключение кратко остановимся на адсорбционных явлениях на границах зерен поликристаллических тел. Как и при адсорбции на других межфазных поверхностях, термодинамическое описание адсорбции на границах зерен основывается на уравнении Гиббса. Здесь также поверхностно-активными являются вещества, которыр снижают свободную энергию границы зерна, и эти вещества самопроизвольно концентрируются на такой границе (этот процесс иногда называют сегрегацией примесей на границах зерен). Вместе с тем при адсорбции на границах зерен существует и ряд особенностей. [c.93]

Рекристаллизация. Как уже указывалось, термическая обработка шихты в тех случаях, когда основание люминофора получают осаждением из растворов, преследует две цели во-первых, образование оптически активных центров в результате диффузии соответствующих примесей, создание необходимых собственных дефектов, диссоциация комплексов ит. д., и во-вторых, уменьшение плотности линейных поверхностных дефектов и формирование кристаллов необходимых размеров. Потери энергии при малых размерах и несовершенстве кристаллов происходят не только в силу большой доли безызлучательных переходов на линейных и поверхностных дефектах, но и по чисто оптическим причинам увеличение пути света, вследствие многократного отражения и преломления его на границах зерен, вызывает рост потерь за счет поглощения как в объеме кристаллов при частично перекрывающихся спектрах поглощения и излучения, так и в поверхностных слоях и в связующем веществе, если из люминофора готовится экран. С другой стороны, чрезмерно большой размер зерен люминофора невыгоден, так как он вызывает потерю разрешающей способности экранов. Необходимо также учитывать, что наличие структурных дефектов типа дислокаций ускоряет диффузию активатора и его равномерное распределение по зерну. Следовательно, на определенном этапе формирования люминофора этих дефектов должно быть не слишком мало, а для придания способности к электролюминесценции определенная дислокационная структура должна сохраняться и в готовом люминофоре. [c.247]

Теория растворения сплавов мало разработана. Экспериментально показано, что скорость растворения сплавов зависит от рн, концентрации активирующих анионов и состава анода. В поляризационной характеристике сплава может быть несколько минимумов, соответствующих потенциалам образования окислов отдельных компонентов [64]. Вследствие различия в электрохимических эквивалентах и потенциалах растворения компонентов происходит поверхностное обогащение благородными составляющими [45, 118]. В поликристаллическом материале наблюдается ускоренное растворение границ зерен, где отмечено присутствие избыточного количества легирующих добавок, и где атомы обладают более высокой энергией, чем в зернах. [c.27]

Твердьпии Т.п. являются оксидные пленки иа пов-сти металлов и искусственные пленочные покрытия, формируемые на разл. материалах с целью создания приборов микроэлектроники, предотвращения коррозии, улучшения внеш. вида и т, п. Жидкие Т. п. разделяют газообразную дисперсную фазу в пенах и жидкие фазы в эмульси.чх образование устойчивых пен и эмульсий возможно только при наличии ПАВ в составе Т.п. Жидкие Т.п. могут возникать самопроизвольно между зернами в поликристаллич. твердых телах, если поверхностная энергия границы зерна превышает поверхностное натяжение на гратще твердой и жидкой фаз более чем вдвое (условие Гиббса-Смита). Газообразные Т.п. с заметным временем жизни могут возникнуть мeждJ каплей и объемной жидкостью в условиях испарения. [c.607]

Для сильно разориентированных зерен вблизи границы, возникают участки аморфизованного материала, толщина которых может составлять несколько межмолекулярных расстояний. Энергия таких большеугловых границ зерен слабее зависит от их разориентации, но при некоторых углах разориентации, отвечающих, в частности, так называемым двойниковым границам, могут возникать резкие минимумы величины энергии границы зерна (рис. I—11,6). Максимальные значения величины Огз зависят от природы твердого тела они достигают обычно одной трети поверхностной энергии границы раздела твердое тело — пар для металлов и примерно половины — для ионных кристаллов. [c.30]

Несоответствие кристаллических решеток. Эпитаксиальная монокристаллическая пленка должна иметь определенную кристаллографическую ориентацию относительно подложки. На поверхности раздела между ними имеется нарушение непрерывности периодической структуры бикристаллической системы и существует несоответствие в расположении атомов по ту и другую сторону поверхности раздела. Это несоответствие аналогично тому, которое наблюдается на границе между разориентированны-ми относительно друг друга зернами одного и того же вещества. В общем случае для произвольных кристаллографических плоскостей двух различных кристаллов не существует подобия в расположении атомов если такие грани будут совмещены, то свободная поверхностная энергия границы раздела должна быть боль- [c.273]

Метод нулевой ползучести основан на том, что тонкие проволочки или фольги, нагретые до температур, близких к точкам их плавления, будут сжиматься, если поверхностное натяжение больше, чем статическое растяжение, связанное с нагрузкой (такой как вес проволочки или фольги), и растягиваться (ползти) в случае, когда а меньше указанной величины. Путем нагружения образцов в нескольких точках, получают набор экспериментальных данных, по которым строят зависимость степени растяжения от величины нагрузки. Нагрузка, соот-ветствуюшая точке нулевой ползучести, дает возможность рассчитать поверхностную энергию. Наличие границ зерен отчасти усложняет анализ, так как в расчетах необходимо учитывать межфазное натяжение на этих границах. Однако соотношение между значениями поверхностного натяжения (на границе зерна и на поверхности металл - газ) может быть получено путем изучения канавок по границам зерна, возникающих на поверхности образца, и измерения соответствующего двугранного угла (рис. 13.14). Следовательно, сочетание метода нулевой ползучести с измерением двугранного угла позволяет получить значения межфазного натяжения как на поверхности металл - газ, так и на границах зерен. [c.348]

Образец никеля выдерживают в гелии при 1200 °С. Двухгранный угол на гр анице зерна, перпендикулярной свободной поверхности, оказался равным 157,5. Зная, что поверхностная энергия никеля, при 1060 °С равная 2280 мДрк/м , уменьшается с ростом температуры [да/дТ = -0,55 мДж/(м -К)1, рассчитайте межфазное натяжение на границах зерен при 1200 °С. [c.353]

Скорость образования зародышей J у дислокаций будет определяться уравнением, сходным с уравнением (50), умноженным на молярную долюх, с П1 замененной на я . Последняя величина представляет собой число мест вблизи дислокаций, в которых возможно образование зародышей. В хорошо отожженных кристаллах число дислокаций в 1 см равно —10 и, следовательно, пы Ю П]. Таким образом, будет больше J только в том случае, если другие множители в уравнении (50) с избытком скомпенсируют разницу между Пы и I. Одним из таких благоприятных факторов является то обстоятельство, что диффузия легче протекает вдоль границ зерен и у дислокаций из-за более открытой структуры и меньшей величины АОд в этих местах. Другим благоприятным обстоятельством является то, что зародыш, растущий у границы зерен, разрушает часть этой границы, что приводит к выигрышу некоторого количества поверхностной энергии. Не исключено также, что напряжения, обусловленные изменением удельного объема, легче релак-сируются течением материала вблизи дислокаций и границ между зернами, чем в идеальной решетке, а это приводит к уменьшению АС . [c.239]

Геометрической характеристикой специальной границы является обратная плотность совпадающих узлов 2, т.е. это объемная доля совпадающих узлов среди узлов одной из исходных решеток. Двойниковая граница является специальной. По сравнению с другими специальными границами она имеет достаточно малые значения 2. Например, для двойниковой границы в кубических кристаллах 2 = 3, т.е. каждый третий узел решеток, на) онящихся в двойниковом соотношении, общий. Естественно, что двойншсовое сопряжение кристаллитов является наиболее безболезненным по сравнению с сопряжением по другим специальным границам. В связи с этим двойниковые границы обладают, как правило, минимальными значения га поверхностной энергии, малыми коэффициентами зерно граничной йффузии, меньшей склонностью к сегрегации примесей. [c.37]

В соответствии с существующими представлениями границы раздела между монокристаллическими зернами в поликристал-лической системе обладают поверхностным натяжением, т. е. характеризуются избыточной поверхностной энергией, которая составляет приблизительно 30% от значения энергии всего материала. Это обстоятельство обусловливает термодинамическую нестабильность поликристаллических систем, приводящую при достаточной диффузионной подвижности элементов кристаллической решетки к самопроизвольному уменьшению площади межкристаллитных границ, проявляющемуся внешне в увеличении среднего размера зерна. [c.233]

Наконец, следует отметить, что в поликристаллах именно границы зерен служат теми препятствиями для сдвигообразования, в районе которых возникают наибольшие концентрации напряжений поэтому можно ожидать, что в условиях хрупкого разрушения при резко пониженной в результате адсорбции прочности границы зерен должны оказаться наиболее ослабленными местами в кристалле. Однако по мере измельчения зерна сами области локализации неоднородного сдвига, лимитируемые размером зерен, а значит — и локальные концентрации напряжений — уменьшаются поэтому тонкодисперсный материал должен быть, как правило, прочнее крупнокристаллитного не только в обычных условиях, но и в условиях сильного понижения свободной поверхностной энергии. [c.259]

Результаты опытов с тиофеном были обработаны по методу Панченкова и Жорова [6]. Этот метод позволяет изучать кинетику реакций, не зная их механизма, и дает возможность установить границы областей протекания реакции. На рис. 3 представлена зависимость логарифма скорости гидрогенолиза тиофена, рассчитанная по этому методу, от температуры. Кажущаяся энергия активации для реакции гидрогенолиза тиофена, определенная но углу наклона к оси абсцисс прямого участка кривой (рис./3), при 200 — 326° С равна, 29 ккал/моль, т. е. такая же, как и для реакции 2-бутилтиофена в кинетической области в присутствии катализатора АП-56 с зернами размером 0,04 см ъ в присутствии поверхностного катализатора. Энергия активации тиофена в температурном интервале 326—376° С равна 15 ккал/моль (внутридиффу-зионная область), в интервале 376—500° С — 9 ккал/моль (внешнепереходная область). [c.97]

Можно предположить, что такими центрами являются дефекты структуры типа вакансий, образующихся за счет подврежности поверхностных атомов серебра, поскольку температура начала поверхностной подвижности серебра (температура Таммана) = 0.34 = 420 К [11]. В [12] наблюдали значительную диффузию серебра на поверхности стекла в присутствии кислорода. В [13] показано, что дефекты на границах между зернами не изменяются в процессе реакции окисления этилена, а дефекты упаковки зависят от процессов, происходящих на поверхности серебра. По температурным зависимостям, показанным на рис. 3, и аналогичной зависимости для немодифицированного серебра [6] оценены энергии образования вакансий - центров выхода растворенного кислорода на поверхность. Оказалось, что введение модификаторов увеличивает эту энергию от 5.5 кДж/моль для Ag до 8.2 кДж/моль для Pd/Ag и 12.6 кДж/моль для Pd l2/Ag. Количество наиболее реакционноспособной формы адсорбированного подвижного кислорода О увеличивается за счет роста числа центров адсорбции с более высокой энергией связи 0(2) вследствие, как указывалось выше, увеличения поверхностной электронной плотности при введении модификаторов Pd° и СГ. По этой же причине затрудняется выход растворенного кислорода (0°) на поверхность и образование дефек- [c.159]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология