Оглавление:
Плавление металлов и строение расплавов
- Плавка металла и структура расплава Плавление-это физический процесс перехода металла из твердого состояния в жидкое расплавленное. Плавление — это обратный процесс кристаллизации, который происходит при температуре выше равновесной, то есть в случае перегрева. Поскольку жидкий металл обладает большей внутренней энергией, чем твердый, при кристаллизации выделяется тепло. Существует определенная зависимость между температурой Q и температурой кристаллизации TC.
Степень перегрева при плавке металла не превышает нескольких градусов. В жидком состоянии атомы вещества движутся хаотично за счет теплового движения, в жидкости имеются группы атомов малого объема, и в их пределах расположение атомов в этих группах в решетке кристалла неустойчиво, они растворяются и вновь появляются в жидкости. Когда жидкость переохлаждена, некоторые большие группы могут расти стабильно.
Устойчивая группа этих атомов называется центром кристаллизации (ядром). Людмила Фирмаль
Для осуществления процесса плавления необходимо несколько перегреться над равновесной температурой, то есть термодинамическим потенциалом. Выше равновесной температуры жидкий металл более стабилен, а запас свободной энергии меньше. Ниже этой температуры твердый металл более стабилен. При равновесной температуре свободная энергия жидкого и твердого состояний одинакова, поэтому при этой температуре обе фазы(жидкая и твердая) могут сосуществовать одновременно в течение бесконечного времени. Равновесная температура часто сравнивается очень близко к температуре плавления ТПЛ.
При охлаждении переход из жидкого состояния в твердое сопровождается образованием кристаллической решетки, то есть кристаллизацией. Чтобы вызвать кристаллизацию, жидкий металл должен быть переохлажден до температуры ниже температуры плавления. Жидкость с температурой, близкой к температуре плавления, называется плавлением. Расплавы — это металлы, ионы, полупроводники, органические и полимерные вещества. В зависимости от того, какие соединения расплавляют, выделяют соли, оксиды, силикаты и другие расплавы. Большинство расплавов состоят из икосаэдрических частиц.
- В процессе плавления химические связи в расплаве модифицируются. В полупроводниках наблюдается образование проводимости металла, а в некоторых галогенидах температурный уровень электропроводности, обусловленный образованием расплава с молекулярным составом, вместо ионной проводимости, также влияет на тип связи в расплаве. Среднее координационное число и межатомное расстояние также являются характеристиками расплава. В процессе плавки металла количество координаций уменьшается примерно на 10-15%. В то же время межатомные расстояния остаются неизменными.
При плавлении полупроводников их координационное число увеличивается в 1,5 раза, а расстояние между атомами также увеличивается. Многокомпонентный расплав характеризуется неравновесным, метастабильным состоянием, которое связано со структурой исходной твердой фазы. Часто наблюдается отставание в свойствах плавления (гистерезис) в процессе изменения температуры. На свойства и структуру расплава влияют такие факторы, как температура, время выдержки, скорость температурных колебаний, материал, из которого формируется сосуд, а также наличие примесей.
Состав расплава характеризуется его сложностью. Ионные расплавы могут включать простые или сложные ионы, недиссоциированные молекулы и полимерные молекулы, а также свободный объем. Людмила Фирмаль
Силикатные расплавы могут включать тетраэдрические и цепные, кольцевые, сетчатые и каркасные формы изолированного кремнезема. Четкая модель структуры расплава очень сложна, так как расплав содержит различные типы частиц и связей. Основная функция модели-определить и интерпретировать свойства расплава, рассчитать свойства. Расплавы в металлургической отрасли делятся на промежуточные, побочные и готовые продукты. При использовании расплава в качестве электролита металл получают, рафинируют в металлургии и наносят покрытие. Многие сплавы образуются в виде плавки.
Из расплава выращивали монокристаллы и эпитаксиальные пленки. Сплавление металлов, солей и оксидов обычно используется в качестве катализаторов. Солевой расплав представляет собой кремниевую кислоту, фторид и другие специальные материалы и аморфные металлы, используемые в производстве некоторых расплавов во флюсе, неорганическом и органическом синтезе в процессе пайки и сварки металлов в качестве отжига и ванны, высокотемпературных топливных элементов, теплоносителей.
Смотрите также:
Методические указания по материаловедению
