Зарождение кристаллов число зародышей

Чем больше их размеры. Идеальному случаю соответствует бесконечно большой монокристалл. При кристаллизации расплавов низкомолекулярных веществ размеры кристаллов обычно определяются просто числом зародышей кристаллической фазы, растущих в единице объема. Рост каждого кристалла прекращается при вступлении его в контакт с соседними кристаллами. Поэтому, чем меньше кристаллов растет в единице объема расплава, тем большего объема они успевают достичь до наступления контактного торможения процесса роста. В условиях, обеспечивающих минимум центров зарождения кристаллической фазы, из расплавов низкомолекулярных веществ удается выращивать крупные монокристаллы размером в несколько миллиметров и более. [c.185]

Отмечено, что число кристаллов возрастает с уменьшением концентрации. Опытные данные свидетельствуют о том, что образование зародышей кристаллов на катоде является определяющим процессом в начальной стадии формирования катодного осадка, при этом фазовое перенапряжение, необходимое для зарождения кристаллов, достигает сотни милливольт. Величина т] служит характеристикой степени взаимодействия осаждаемого металла с подложкой. Чем выше фазовое перенапряжение, тем слабее адгезия осадка с подложкой. [c.243]

В настоящее время теоретики рассматривают процесс кристаллизации и конденсации состоящим из двух стадий — зарождения частиц новой фазы и их дальнейшего роста. Кроме того, существует также мнение [213], что рост кристаллов происходит за счет оседания на поверхности растущего кристалла субмикроскопических зародышей. В предположении,что скорость роста кристаллов в пересыщенных и насыщенных растворах определяется диффузией зародышей к одному из них, являющемуся центром возникающего кристалла, выведено уравнение скорости роста поверхности кристалла, которое связывает между собой энергию активации диффузии зародышей, среднее число молекул в зародыше, концентрацию и температуру раствора [317]. Я. И. Френкель [318] пришел к выводу о существовании субмикроскопических зародышей не только в пересыщенном растворе, но и в насыщенном. Идея о существовании в растворе субмикроскопических зародышей нашла экспериментальное подтверждение в работах Е. Познера [319]. [c.85]

Так как количество кристаллов парафина, выделяющихся из топлива, тем больше, а размер их тем меньше, чем в большей мере скорость их зарождения превалирует над скоростью роста, го любой фактор, обусловливающий быстрое зарождение большого количества кристаллов парафина, приводит к образованию мелких кристаллов. С увеличением скорости охлаждения топлива при достижении предела растворимости более резко уменьшается растворимость парафинов в топливе, в результате чего возрастает число зародышей кристаллов в единицу времени и, как следствие этого, они в значительной своей массе не успевают увеличиться в размерах. Поэтому чем больше скорость охлаждения топлива, тем меньше размер образующихся кристаллов парафина. Чем больше в данном диапазоне температур изменяется растворимость парафиновых углеводородов в топливе, тем большее число кристаллов выделяется из топлива и тем меньше будет их. размер. [c.39]

Итак, процесс кристаллизации пространственно неоднороден и происходит лишь в некоторой части кристаллизующейся системы, а именно на поверхности раздела фаз. Следовательно, кристаллизующееся вещество должно перемещаться к этой поверхности из объема жидкой маточной среды, а при росте из расплава от фронта роста должна отводиться теплота кристаллизации. Эти процессы называют процессами переноса. Они образуют вместе с процессами, происходящими на самой поверхности раздела фаз, полную совокупность процессов, определяющих рост кристаллической затравки или зародыша. Анализ механизма роста кристаллов должен касаться обеих названных сторон явления и к тому же еще процессов зарождения кристаллов. Как показал Мотт [2], процессы переноса, в том числе и перенос тепла и диффузию вещества, обычно можно рассматривать макроскопически. Поверхностные процессы, напротив, связаны с атомной структурой. [c.363]

Значительное переохлаждение приводит к образованию большого числа зародышей. Между этими одновременно растущими центрами кристаллизации появляется конкуренция при захвате атомов из жидкости, что препятствует образованию крупных кристаллов и поэтому вблизи стенок изложницы образуется зона мелких равноосных кристаллов. Эти кристаллы также составляют и наиболее чистую часть слитка, так как первыми из замерзающего раствора выделяется твердый растворитель, т. е. железо, а остающаяся жидкая сталь обогащается примесями. Быстрая кристаллизация стали вблизи стенок изложницы сопровождается освобождением значительного количества тепла, что уменьшает переохлаждение, а также скорость зарождения центров кристаллизации. Вследствие этого происходит постепенный рост кристаллов на стенках изложницы ( корочки ) и образуются удлиненные столбчатые кристаллы. Они направлены перпендикулярно к стенкам изложницы. [c.217]

Таким образом, в зависимости от соотношения скоростей зарождения и роста кристаллов изменяется число зародышей, соответствующее данному моменту времени, и максимальное их число в конце процесса. [c.71]

Обладая значительной, по сравнению с молекулами кристалла, кинетической энергией, молекулы жидкости не могут образовать сколько-нибудь устойчивый агрегат, и всякое случайное скопление молекул, образовавшееся благодаря тепловому движению, быстро распадается. При понижении температуры, а следовательно, при уменьшении кинетической энергии молекул образовавшиеся скопления молекул становятся более устойчивыми. Таким образом, при некоторой температуре возможно появление кристаллических зарождений. Такое скопление становится основой будущего кристалла. Когда зародыш очень мал и когда значительная доля его молекул приходится на молекулы поверхностные, то он неустойчив и может снова исчезнуть. Это происходит от того, что молекулы, находящиеся, в поверхностном слое, обладают большим запасом потенциальной энергии, чем внутренние молекулы. Если зародыш достигает значительных размеров и число поверхностных молекул становится ничтожным по сравнению с числом внутренних молекул, то зародыш не исчезнет, а растет за счет молекул переохлажденной жидкости. Этому способствует увеличение концентраций и соответственно степени пересыщения раствора. [c.229]

Скорость образования зародыша кристаллов (снятия пересыщения) зависит также и от режима течения раствора по контуру аппарата, т. е. от числа Рейнольдса Ке. Чем больше число Ре, тем интенсивней процесс зарождения кристаллов. Установлено, что чем больше пересыщение циркулирующего раствора, тем при меньшем значении Ре образуются зародыши кристаллов. [c.10]

Легко видеть, что помимо начального числа зародышей на конечный размер кристаллов продукта влияет соотношение скоростей образования зародышей и роста кристаллов. Если скорость кристаллизации (скорость роста кристаллов) выше скорости зарождения зародышей, то продукт будет крупнокристаллическим, и наоборот [ 13]. [c.24]

Закон диффузии приложим к процессам кристаллизации или осаждения твердых веществ из растворов. В этом случае С — средняя концентрация пересыщенного раствора, из которого выпадает твердая фаза, а Сг — концентрация насыщенного раствора на поверхности твердых частиц. Однако законы диффузии могут быть применены лишь к стадии роста кристаллов они неприменимы к стадии зарождения кристаллов, так как при быстром зарождении кристаллов (в случае значительного пересыщения системы) большое число зародышей распределяется во всем объеме жидкой фазы, из-за чего расчет становится затруднительным и результат его значительно отклоняется от действительности. [c.80]

Зарождение кристаллов и выделение их зародышей из пересыщенного раствора. В этой стадии большую роль играет степень пересыщения раствора — с ее повышением возрастает скорость зарождения кристаллов и число зародышей, определяющее конечные размеры получаемых кристаллов. Чем больше число зародышей, тем меньше размеры отдельных кристаллов и наоборот. Поэтому в зависимости от требований, предъявляемых к размерам кристаллов, стремятся по возможности регулировать число зародышей. [c.425]

Имеется значительное число работ, авторы которых пытаются переход от первой стадии ко второй описать на дислокационном уровне. В работе [65] содержится краткий обзор этих исследований, включающий десять различных вариантов зарождения двойникующих дислокаций, в каждом из которых приходится полагать, что О/ имеет очень большие значения (порядка (10 - 10" )м). Следует заметить, что если для объяснения легкого скольжения при пластической деформации успешно используется представление о наличии в кристаллах дислокаций, то для объяснения двойникования на второй стадии обычно исключают возможность существования в кристаллах двойникующих дислокаций, являющихся зародышами двойникования. Двойникующие дислокации, по мнению авторов, на которых содержатся ссылки в [65], порождаются под влиянием указанных огромных напряжений в области сосредоточения нагрузок. Экспериментальных доказательств наличия в недеформированных кристаллах двойникующих дислокаций, по-видимому, не имеется. [c.25]

По этой формуле нестационарная скорость зарождения /< приближается со временем к стационарному значению /, причем % кр/Г) ,, а Вс есть величина, подобная коэффициенту диффузии, которая пропорциональна числу поверхностных молекул зародыша и частоте соударений. В случае образования зародышей жидкости из пара время т может составлять всего лишь несколько микросекунд, однако при превращениях жидкость — кристалл, когда энергетический барьер может оказаться [c.419]

В общем случае скорость превращения жидкой фазы расплава в кристаллическое твердое тело зависит от кинетики образования зародышей твердой фазы, скорости их роста и интенсивности отвода теплоты фазового перехода -от зоны кристаллизации. Большое число веществ обладает относительно высокими значениями скорости зарождения и роста кристаллов при незначительном переохлаждении на один-два градуса. Быстрая кристаллизация сопровождается значительным тепловыделением, и скорость процесса затвердевания расплава часто лимитируется интенсивностью отвода теплоты от зоны кристаллизации. При этих условиях обычно образуется четкая граница раздела жидкой и твердой фаз, которая продвигается в глубь расплава от охлаждаемой поверхности по мере отвода теплоты кристаллизации через образующийся слой твердой фазы. [c.141]

Различают гомогенную и гетерогенную электрохим. нукле-ацию, т. е. зарождение кристаллов новой фазы. Первая имеет место, напр., при восстановлении ионов в объеме р-ра с образованием коллоидных частиц, вторая - при восстановлении ионов,на пов-сти электрода. Зарождению кристаллов на пов-сти электрода может предшествовать образование слоев адсорбир. атомов (адатомов) осаждаемого в-ва, чаще всего металла. Возникновение моноатомных (иноща двух- и трехатомных) слоев происходит при электродных потенциалах, на неск. десятков мВ положительнее равновесного. Степень заполнения пов-сти адсорбир. аТомами влияет на скорость зарождения кристаллов нойой фазы (число зародышей в единице объема, образующихся за единицу времени). [c.430]

Критич. зародыши образуются на активных центрах пов-сти электрода. Такими центрами м. б. поры в оксидной пленке, выходы винтовых дислокаций, вакансии, изломы на ступенях роста и др. энергетич. неоднородности пов-сти. Число активных центров, участвующих в процессе электрохим. нуклеации, возрастает с увеличением Г). Вокруг возникшего и растущего криста ша образуются зоны экранирования ( дворики роста ), в к-рых нуклеации не происходит. Радиус зон экранирования уменьшается с ростом л. Постепенно происходит исчерпание числа свободных активных центров и прекращение з ождения новых кристаллов, наступает насыщение. Адсорбция примесей из р-ра на электроде снижает число активных центров и, соотв., общее число зародышей. Стадия зарождения кристаллов определяет в конечном итоге осн. физ.-мех. св-ва гальванич. покрытий, в т. ч. их пористость. [c.430]

Рассмотренные условия относятся только к скорости роста кристаллов окисла. Если они соблюдаются, то скорость роста может быть очень медленной, что, очевидно, позволяет наблюдать обычные зародыши. Однако для обнаружения зародышей эти условия обычно недостаточны. Необходимо, чтобы скорость зарождения (число зародышей, образующихся в единицу времени) не была слишком большой. Следовательно, чтобы сделать правильные предложения относительно возможности наблюдать зарождение и рост кристаллов окисла, необходимо знать точные формы соответствующих кривых, что очень трудно. За неимением данных относительно этих кривых можно, руководствуясь их колоколообразной формой, исследовать область возрастающих температур, которая соответствует нисходящей ветви кривой зарождения при этом берутся условия, при которых скорости зарождения не являются слишком большими. Можно, онерируя довольно низкими температурами, найти область, где скорости возникновения и роста настолько малы, что их можно измерить (левая часть соответствующих кривых). Трудность данного исследования заключается обычно в очень малой величине кристаллов окисла, наблюдать которые можно главным образом методом электронной микроскопии (работы Гватмея и сотрудников в области окисления никеля и меди [5, 6]). [c.131]

Зарождение и рост кристаллов в расплаве. 8.3.1. Зарождение кристаллов. Когда полностью жидкая магма охлаждается, она проходит через некоторую температуру, при которой магма оказывается насыщенной по отношению к растворенным минеральным фазам. Однако кристаллизащп- этих минералов не происходит, пока магма не охладится больше, до уровня пересыщения— температуры, когда очень мелкие устойчивые ядра кристаллов начнут образовываться и расти. Так как кристаллы зарождаются при температуре более низкой, чем та, при которой они могли бы расплавиться в магме, такая магма называется переохлажденной до начала кристаллизащ 1и она находится в метастабильном состоянии. Существование метастабильной переохлажденной жидкости возможно из-за того, что при низком уровне пересыщения любой зародыш кристалла, который может образоваться, быстро разрушается молекулярным движением прежде, чем он сможет вырасти до устойчивого размера. Пересыщение — это движущая сила роста кристаллов, и (в некоторых пределах) чем больше степень пересыщения, тем больше скорость их роста. Поэтому существует некоторый уровень пересыщения, при котором вероятность разрастания кристаллического зародыша больше, чем разрушения. Протяженность метастабильной области зависит от многих факторов, в том числе скорости Ъхлаждения и движения магмы. Последняя может также стать насыщенной относительно некоторых минеральных фаз не только при простом охлаждении, ио и при других процессах или при комбинации последних с остыванием. Например, на ранних стадиях фракционирования основной магмы не происходит кристаллизация фосфатных минералов, и с возрастанием степени фракционирования количество фосфора в остаточном расплаве прогрессивно растет до тех пор, пока концентрация и температура не станут достаточными для зарождения и роста кристаллов апатита. [c.200]

Величина кристаллов, образовавшихся из насыщенного раствора или расплава, зависит от соотношения скорости зарождения центров кристаллизации и линейной скорости роста кристаллов. Чем больше скорость образования центров кристаллизации и чем соответственно меньше линейная скорость кристаллизации, тем меньше размер кристаллов поликристаллического твердого тела. Эти закономе рности полностью относятся и к процессу электрокристаллизации металотов. Многочисленными исследованиями установлено, что все факторы, способствующие увеличению катодной поляризации, ведут к росту скорости зарождения центров кристаллизации. Такая связь между поляризацией и скоростью образования зародышей объясняется тем, что энергия активации, необходимая для образования зародыша, значительно больше энергии, затрачиваемой на рост уже имеющихся кристаллов. В связи с тем, что при электролизе изменяются 1И число и характер образующихся кристаллов, истинная плотность тока весьма заметно отличается от плотности тока, рассчитанной по геометрической поверхности электрода. [c.367]

Происхождение дислокаций еще далеко не полностью объяснено и главным образом по той причине, что в этой области проводилось мало экспериментов. Энергия дислокаций не столь велика, чтобы нельзя было допустить их образование при тепловых возмущениях в достаточно малых кристаллических зародышах. Кроме того, кристаллы часто растут вначале в виде дендритов при высоком пересыщении, которое необходимо для зарождения (если исключить присутствие посторонних частиц, от которых они могут наследовать дислокации) затем, когда пространство между ветвями заполняется, любое легкое искажение ветвей приводит к дезориентациям, которые вызывают образование дислокаций в твердом кристалле. Теория роста кристалла объясняет естественный отбор кристаллов, содерн<ащих некоторое число дислокаций. Однако при этом объясняется наличие только небольшого числа дислокаций, в общем не обязательно большего чем одна дислокация, выходящая на каждой растущей габитусной грани кристалла. Наблюдения Форти и Фрэнка [30] в опытах над малыми сублимированными кристаллами серебра действительно указывают на число их, немногим больше, чем названо. Но содержание дислокаций, определенное различными непрямыми способами для металлических образцов больших размеров, полученных более обычными методами, значительно больше и редко оценивается величиной, меньшей чем 10 /слг или 10 см1см , что, по существу, одно и то же. Содержание дислокаций уменьшается при отжиге, но в пределе, по-видимому, достигает величины указанного порядка. Автор полагает, что это не имеет существенного значения и должно быть приписано содержанию примесей в доступных сортах металлов (обычно металл с концентрацией в 10" н. спектроскопически обнаруживаемых примесей считают сверхчистым ) выделившиеся частицы представляют опорные точки для дислокационной сетки, и наличием адсорбированных вдоль дислокациснных линий атомов растворенного вещества, понижающих как их линейное натяжение, так и их подвижность, можно, по-видимому, объяснить данные наблюдения. [c.33]

СТ2ДИИ процесса кристяллизяции я именно, в появлении начальных зерен или зародышей кристалла. Вследствие теплового движения, в некотором месте расплава происходит соединение молекул в комплекс с правильной ориентировкой. Такой кристаллик, состоящий всего из нескольких молекул, является очень неустойчивым сооружением. Большая часть молекул такого кристаллика расположена в поверхностном слое, поэтому общая свободная энергия его может быть больше, чем свободная энергия такого же числа молекул жидкости, несмотря на то, что энергия внутренних молекул кристаллической решетки меньше, чем у жидкости. Чем меньше такой кристаллический зародыш, тем больше влияние поверхностного слоя и тем неустойчивее образовавшийся комплекс. Такие кристаллики после зарождения очень легко распадаются. Этим объясняется то, что самопроизвольная кристаллизация иногда происходит не при температуре кристаллизации, а при более низкой температуре, т. е. когда жидкость переохлаждается. [c.186]

Ряд макромолекулярных кристаллов может существовать в различных полиморфных состояниях (разд. 2.4). При любой заданной температуре стабильна лишь одна полиморфная кристаллическая структура. Метастабильные полиморфные кристаллические структуры при отжиге в соответствующих условиях путем фазовых переходов в твердом состоянии превращаются в стабильные полиморфные структуры. Протекающие при различных температурах обратимые переходы между полиморфными структурами влияют на изменения, которые происходят при отжиге и выражаются в увеличении подвижности. Хотя эта возросшая подвижность может привести к уменьшению числа дефектов, часто при этом наблюдается процесс разрушения кристаллических зерен или образования муль тип летных двойников, вызванный наличием напряжений, которые возникают в процессе перехода из-за геометрических ограничений. Механизм зарождения и роста новой фазы в кристалле был рассмотрен Делингером [28]. Основная движущая сила перехода в новую фазу - более низкая свободная энтальпия этой фазы. Однако образование зародыша новой фазы и, возможно, также дальнейший его рост связаны с появлением значительной положительной энергии деформации (свободной энтальпии), которая распределяется между существовавшими кристаллами, новой фазой и меж фазными областями. Если существует вторая метастабильная <ристаллическая структура с промежуточной свободной энтальпией, обладающая близкими к исходной метастабцльной структуре геометрическими соотшениями, т.е. если она обладает более низкой [c.457]

При выращивании из газовой фазы часто оказывается проблемой контроль за образованием зародышей, особенно когда нужно получить кристаллы больших размеров. Эпитаксиальные пленки обычно выращиваются без особых трудностей с регулированием образования зародышей. Это объясняется те.м, что требуемая толщина пленки невелика, скорость роста может быть небольшой и нет нужды в больших пересыщениях, при которых возможно образование зародышей не только на подложке (затравке). Когда же нужно получать кристаллы больших размеров, скорости роста должны быть выше (чтобы получить кристалл нужного объема достаточно быстро), требуется большее пересыщение и становятся проблемой гомогенное образование зародышей и их образование на стенках ( спонтанное зародышеобразование ). Шольц и Клюков [36] показали, что при выращивании кристаллов из газовой фазы такое зародышеобразование можно сильно уменьшить путем периодического изменения температуры в ходе выращивания. Допустим, пары переносятся из зоны с температурой Гг в зону с температурой причем Гг>Г1. В отсутствие затравок разность ДГ = Гг—Г[ должна быть сначала достаточно большой для зарождения в объеме среды или на стенках кристаллов, на которых происходит дальнейший рост. В идеальном случае для получения кристалла наибольших размеров лучше всего, если образуется только один зародыш. Практически же число растущих зародышей должно быть невелико. При достаточно больших значениях ДГ, обеспечивающих нужные на практике скорости роста, часто образуются дополнительные зародыши. Если же в ходе выращивания изменять ДГ со временем так, что в течение некоторого времени Т > Гг, то небольшие кристаллики будут снова испаряться, в результате чего останется несколько больших кристаллов. Если Т2 — Т > Т — Гг, то в среднем за достаточное время пересыщение будет все еще положительным и будет происходить рост. Среднее по времени пересыщение можно также сделать положительным даже при условии, что Гг — Г] Г[ — Гг, если интервал времени, в течение которого Т > Гг, меньше, чем интервал [c.254]

Обычно реакци(шная способность твердых тел связывается с их структурой и энергетическим состоянием частиц кристаллической решетки. Зависимость скорости реакции твердого тела от предыстории образца, старения, небольших количеств примесей, наличие ф1 гур разложения, автокаталитнческий характер процессов, как правило, связывают с различными дефектами кристалла и образованием зародышей. Реакция начинается на дефектных местах кристалла и протекает либо с образованием и ростом зародышей новой твердой фазы, либо, при отсутствии последней с увеличением числа дефектов вокруг центров зарождения. Растущие зародыши рассматриваются как расширяющаяся реакционная зона. В большинстве случаев предполагают, что развитие зародышей происходит на новерхности кристалла или границе раздела блоков, т. е. на дислокационной сетке кристалла (1, 2]. [c.46]

При использовании обоих методов большое значение имеет направленный отвод тепла, осуществляемый таким путем, чтобы не возникало одновременно большого числа центров кристаллизации 119]. При получении монокристаллов методом Стокбергера этому способствует повышение температуры в направлении от оси тигля к его стенкам. В таких условиях зарождение каждого нового слоя происходит в середине кристалла, и предотвращается массовое образование зародышей у стенок тигля. [c.252]

Приведенные данные по вторичному зародышеобразованию в растворах различных солей интересны прежде всего с точки зрения оценки значимости того или иного механизма зарождения новой фазы в присутствии кристаллов затравки. Судя по приведенным данным, они далеко не равнозначны. Очень большое число вторичных зародышей образуется за счет содержащихся на поверхности кристаллов мельчайших частиц твердой фазы. При АГ = 3 °С = 1000. При том же переохлаждении в результате прямых соударений образуется около 500 зародышей сульфата магния за 1 мин. Одно скольжение кристалла по поверхности в тех же условиях приводит к образованию примерно 6 зародышей и одно касание стеклянного стержня — 70. Сравнивая эти цифры, видим, что в момент введения примеси происходит интенсивное зародышеобразование. Из механизмов контактного зародыщеобразования наиболее эффективными представляются соударения при перемешивании. [c.65]

Если анодный процесс продолжается, то образуется достаточная концентрация ионов Ре + и Ре +, чтобы превысить произведение растворимости магнетита, который и выделяется в виде осадка. Мы могли бы ожидать получения защитной пленки из магнетита. Однако скорость зарождения центров кристаллизации у магнетита низка если произведение растворимости превышено лишь слегка, то число образующихся зародышей кристаллов будет ограниченным, причем магнетит преимущественно осядет на существующие кристаллы, а не образует новые зародыши. Таким образом, получится небольшое число кристаллов значительных по размеру, покрывающих лишь часть поверхности, а не массу мелких кристалликов, образующих защитную пленку. Кроме того, кристаллы выделяются не обязательно в точке взаимодействия металла с коррозионной средой. Напротив, если концентрация щелочи увеличилась в трещине, а вне трещины раствор более разбавленный, то образующиеся в трещине ферроат и феррит могут диффундировать наружу и выделиться в виде магнетита снаружи, поскольку разбавление сдвигает равновесие влево и, следовательно, приводит к образованию простых катионов. Мысль, что образование в котлах в процессе щелочного растрескивания магнетита, не обладающего защитными свойствами, является следствием взаимодействия ферроата и феррита, принадлежит Уиру, [c.416]