Wzrost fazy krystalicznej

Transkrypt

1 Wzrost fazy krystalicznej Wydzielenie nowej fazy może różnić się of fazy pierwotnej : składem chemicznym strukturą krystaliczną orientacją krystalograficzną... faza pierwotna nowa faza

2 Analogia elektryczna energa swobodna rozproszona w procesie 1 energa swobodna rozproszona w procesie 2 I IV 1 IV 2 R 1 R 2 V 1 V 1 V V=V 1 +V 2 Przykład: R 1 : dyfuzja atomów substancji rozpuszczonej R 2 : transfer atomów przez interfejs I szybkość wzrostu V różnica energii swobodnej (siła napędowa)

3 Wzrost kontrolowany dyfuzją G T + zawartość substancji rozpuszczonej 0 zawartość substancji rozpuszczonej

4 Profil stężenia 0 odległość

5 0 Profil stężenia dyfuzja substancji rozpuszczonej odległość interfejs

6 założenia: x 0 const const const const 0 x t x szybkość absorpcji substancji rozpuszczonej

7 0 D x strumień atomów substancji rozpuszczonej w kierunku interfejsu

8 x t D x D 0 x 0 x

9 0 x x x x Zasada zachowania składu 0

10 x D t x 0 x x x D t x jeśli >> oraz >> 0 : t D x x 0 2 Dt x

11 wzrost paraboliczny 3 rozmiar wydzielenia czas

12 szybkość wzrostu małe D duże G temperatura małe G duże D

13 Szybkości zarodkowania i wzrostu Morfologia próbki przy znacznym przechłodzeniu

14 Analogia elektryczna energa swobodna rozproszona w procesie 1 energa swobodna rozproszona w procesie 2 I IV 1 IV 2 R 1 R 2 V 1 V 1 V V=V 1 +V 2 Przykład: R 1 : dyfuzja atomów substancji rozpuszczonej R 2 : transfer atomów przez interfejs I szybkość wzrostu V ilość rozproszonej energii swobodnej

15 energia swobodna Wzrost kontrolowany interfejsem G G*

16 exp exp G * / kt G G * / kt exp G */ kt exp G / kt Szybkość wzrostu kontrolowanego interfejsem: u exp G * / kt 1 exp G / kt Szybkość wzrostu kontrolowanego interfejsem jest stała w czasie: wzrost liniowy.

17 Wzrost jest kontrolowany przez proces, w którym jest rozpraszana jest większość energii dyfuzja interfejs interfejs + dyfuzja

18 Morfologia wzrostu

19 kierunek wzrostu T kryształ ciecz wzrost kolumnowy (dodatni gradient T przez interfejsem) T cieczy x 0 interfejs stabilny odległość wzrost równoosiowy (ujemny gradient T przez interfejsem) T cieczy x 0 interfejs niestabilny (wzrost dendrytyczny) chłodzona forma

20 dendryt lodu w wodzie dendryt wody w lodzie

21 T T* kryształ + ciecz ciecz ck kc kryształ odległość kc ck T T L W układzie wieloskładnikowym wzrost dendrytyczny może wystąpić nawet gdy gradient temperatury przed interfejsem jest dodatni. odległość obszar przechłodzony

22 T T L odległość T x L x0 T x warunek na wystąpienie wzrostu dendrytycznego (pojawienie się obszaru przechłodzonego)

23 duży obszar przechłodzony

24 mały obszar przechłodzony

25 ałkowita szybkość przemiany model Avramiego t t+dt dv 1 V V dv e objętość nie przetransformowana dv e dv V -objetość rozszerzona fazy -objętość fazy -objętość układu

26 dv Rozwiązanie: 1 V V dv e V V 1 exp Ve V rzeczywista zawartość fazy rozszerzona zawartość fazy

27 Przykład: Stała szybkość zarodkowania I i stała szybkość wzrostu u d V I t u dv e d V I t u V V dv V V x / 3 exp 1 3 It 4 x u t u v Objętość ziarna które zarodkowało w chwili t=: Zmiana objętości rozszerzonej w przedziale czasu od do +d: d t I u x t o ln 1

28 Ogólna postać równania Avramiego x 1 exp kt n proces Stała szybkość zarodkowania, wzrost kontrolowany interfejsem Zerowa szybkość zarodkowania, wzrost kontrolowany interfejsem Stała szybkość zarodkowania, wzrost kontrolowany dyfuzją Zerowa szybkość zarodkowania, wzrost kontrolowany dyfuzją wykładnik Avramiego n

29 Rekrystalizacja miedzi analizowana metodą DS

30

31

32 Krystalizacja podczas chłodzenia przeprowadzona w wysokiej temperaturze (wysoka szybkość wzrostu, niska szybkość zarodkowania)

33 Nanokrystalizacja (niska szybkość wzrostu, wysoka szybkość zarodkowania)

34

35

36 skamielina paproci nasiennej dendryt tlenku magnezu w skale wapiennej

37