О МОРФОЛОГИИ ВКЛЮЧЕНИЙ, ФАЗ ЭВТЕКТИКИ, РАСТУЩИХ КРИСТАЛЛОВ
Диспергированная фаза как в коллоидах, студнях, так и в дисперсно-упрочнённых сплавах часто образует сложные ажурные "прихотливые" структуры. Так, различают розеточные, а также кустовые выделения. Графит в чугуне может формировать колонии, напоминающие кусты с тонкими ветвями, толщина которых уменьшается, а разветвлённость увеличивается с переохлаждением. Длина таких колоний может достигать 1 мм. При определённых режимах кристаллизации стали разрастаются многократно разветвлённые дендриты, разветвлённость которых также нарастает с переохлаждением. Очевидно, такие разветвленные структуры являются аналогами нитяных каркасов студней. Так, в водном студне V2O5 узлы нитяного каркаса напоминают кусты графита в чугуне, а нити - тонкие ветви графита и т.д. В геллертах, студнях BaSO4 и др. сами твёрдые частицы глобулярные, однако они также выстраиваются в цепочки, образуют каркас, узлы и др. [120]. Сравнительно небольшие изменения условий кристаллизации и предыстории расплава приводят к появлению множества разновидностей структур многофазных сплавов, отличающихся "морфологией" включений, их размером, формами, фазовым составом, вариантами сочетаний с зёрнами основного металла. Большое разнообразие структур дают эвтектики [174]. Здесь выделяются "ведущая" и "ведомая" фазы, приблизительно соответствующие дисперсионной среде и дисперсной фазе коллоидов. При определенных условиях эти фазы могут меняться ролями. Ведомая фаза может давать включения в ведущей в виде глобул, игл, пластин и др. В слоистых или пластинчатых эвтектиках образуется структура чередующихся слоев двух фаз. Морфология включений в эвтектиках и в диспесно-упрочненных сплавах часто "наследственно" передается через жидкую фазу при переплавке: из пластинчатой или глобулярной эвтектики переплавкой вновь получают соответственно пластинчатую и глобулярную эвтектику; переплавляя чугун с кустистыми выделениями углерода, снова получают подобные выделения. Подобные закономерности наблюдаются и при свободном росте однофазных кристаллов, причем они проявляются более ясно, если растущие кристаллы не сталкиваются и не деформируют друг друга. Так, изменение температуры стали перед кристаллизацией на 10-15 градусов может вызывать переход от мелкокристаллической кристаллизации к развитию дендритов. Дендриты могут выбрасывать или не выбрасывать боковые ветви второго, затем третьего порядка и др. При увеличенном переохлаждении боковые ветви выбрасываются чаще, с меньшим расстоянием между ними, которое в пределе приближается к 10 - 100 мкм, [30] то есть к величине коллоидного параметра L. При кристаллизации из растворов небольшое изменение условий приводит к тому, что получаются, например, игольчатые или же пластинчатые кристаллы вместо глобулярных или кристаллов с правильной равновесной огранкой. Всесторонний рост может смениться ростом по одной оси или ростом террасами; распространенная высота террас - от микрона и меньше. Очень сложные прихотливые картины распределения возникающих микрокристалликов получаются при декорировании поверхности большого кристалла (Давно привлекают внимание подобные сложные закономерности, проявляющиеся при образовании морозных узоров на стекле или другой поверхности. ). Выявлено много качественно различных структурных разновидностей снежинок [154]. В петрографии накоплено много подобных закономерностей, определяющих тип, размер, правильность, дефектность получающихся кристаллов. Аналогичные тенденции проявляются в тонких порошках; малые крупинки, взвешенные в воздухе, склонны образовывать структуры, подобные нитяному каркасу студня: "паутины", "бахромы" и др. В плотных порошках крупинки проявляют тенденцию принимать определенную относительную ориентацию, объединяться в флокулы. Наблюдаются процессы объединения частиц в сухом порошке, напоминающие коагуляцию в коллоидах. Коллоидный параметр L является предельным размером для многих обычных методов воздействия на порошки (как и на размер зерна в сплаве). Так, невозможно раздробить или размолоть твёрдое вещество до частиц менее L одними лишь механическими воздействиями, без химических; порошки мельче L невозможно просеивать, разделять, классифицировать обычными методами, отфильтровывать из взвеси и др. При достаточно тонком измельчении порошок приобретает некоторую прочность, растет его угол естественного откоса, проявляется склонность к слипанию в комки; из достаточно тонких порошков можно "лепить фигурки", не требующие высокой прочности. При этих размерах крупинки порошка отчасти ведут себя уже как молекулы или "надмолекулы", которые не поддаются обычным чисто механическим воздействиям без химических. Нити, кустистые и ветвистые выделения второй фазы, дендриты с интенсивным ветвлением и другие обсуждаемые включения имеют сильно развитую поверхность и являются, по традиционным представлениям, весьма неравновесными образованиями. Нетрудно рассчитать скорость и время Tn перехода малого кристалла, куста, нити и др. к равновесной огранке в результате диффузионного процесса. Однако каркасы, кусты, пластинчатые структуры, подобные эвтектикам, и др. существуют намного большее время, чем Tn ; они самопроизвольно образуются и достаточно стабильны. Есть, очевидно, не только кинетические, но и какие-то термодинамические факторы, увеличивающие стабильность таких образований. Множество подобных закономерностей являются совершенно тривиальными, привычными для специалистов по порошковой металлургии, петрографов, металловедов, исследователей студней. Но обычно остается неосознанной общность закономерностей в этих областях, близость характерных размеров каждого явления к коллоидному параметру. Перечисленные закономерности, тривиальные для практиков, являются, однако, весьма необычными с точки зрения молекулярной модели жидкости и кристалла. Практически мы ещё не приступили к анализу подобных закономерностей на уровне молекулярных моделей. Имеются, например, ряд концепций, объясняющих ветвление дендритов распределением концентраций компонентов в окружающей среде, накоплением внутренних напряжений в дендрите, анализом устойчивости фронта кристаллизации, и др. Но, видимо, это не более чем сугубо предварительные "посильные" пояснения. Достаточно очевидно, что последовательная работа с традиционными молекулярными моделями жидкости и кристалла не подтвердит такие закономерности; ясно, что ничего подобного не удастся получить при компьютерном моделировании кристаллизации в системе с обычными взаимодействиями. Чтобы получить в модели нечто подобное, нужны дальнодействия с радиусом порядка коллоидного параметра; очевидно, потребуются еще специальные допущения о геометрии сетки узлов притяжения Fст.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «О МОРФОЛОГИИ ВКЛЮЧЕНИЙ, ФАЗ ЭВТЕКТИКИ, РАСТУЩИХ КРИСТАЛЛОВ» з дисципліни «Про кризу кінетичної теорії рідини і затвердіння»
