Жаропрочные композиционные материалы

росту різних кристалографічних площин різна. Якщо є щільнопакована площина кристалу, то на її добудову потрібно більше атомів. Тому швидкість росту щільно-пакованих площин менша за швидкість росту нещільнопакованих. Якщо маємо сплав, а не чисту речовину, то ситуація може бути зворотною: коли сила взаємодії атомів різних сортів на щільнопакованих площинах велика, то атоми майже не реадсорбуються з поверхні кристалу в процесі його росту, тому швидкість росту площини буде велика. Товщину стержнів (пластин) регулюють швидкістю кристалізації V.

5. 2. Поверхнева енергія в евтектичних композиційних матеріалах

Евтектика, що затверділа з середньою швидкістю кристалізації, має питому площу поверхонь розділу між пластинками близько 104 см2 на 1 см3 об'єму, тобто 104 см-1. Це велика площа. Вона визначає багато властивостей KM. Термодинамічною величиною, що характеризує поверхню розділу, є робота , де dS - площа, для утворення якої виконана робота dA за постійних температури, об'єму та хімічного потенціалу. Наприклад, мала крапля ртуті, що лежить на склі, має майже сферичну форму і пружинить, як м'яч. Щоб її розплюснути в диск, необхідно виконати роботу.

Найбільше значення поверхневої енергії реалізується на зовнішніх поверхнях твердого тіла. На границі, що розділяє два зерна металу одного сорту, поверхнева енергія приблизно втричі менша. Якщо на границю дифундують домішки, то це енергетично вигідно. Внаслідок цього поверхнева енергія зменшується. Для того, щоб сублімувати (випарувати) шар атомів із твердої поверхні, необхідно утворити дві нові поверхні. Тому між поверхневою енергієюі теплотою

сублімації існує пропорційна залежність

Щоб розплавити шар атомів, треба відірвати їх від поверхні і перемістити в рідину. Тому між теплотою топлення і енергієюграниці к-р також існує пропорційна залежність. Із цієї ж причинитим більша, чим більша точка топлення.

Щоб розплавити кристал, необхідно так ослабити зв'язки між атомами, аби рідина могла текти. Чим вища точка топлення - тим сильніші міжатомні зв'язки. І тим важче утворити нову поверхню.

Викривлення поверхні розділу веде до зміни хімічного потенціалу (тобто енергії, на яку зростає внутрішня енергія, ентальпія, вільна енергія чи термодинамічний потенціал при додаванні частинки до системи з N частинок):             (3. 7)

де - хімічні потенціали криволінійної (радіус r) та плоскої поверхонь;

r1, r2- радіуси кривизни у двох взаємно перпендикулярних напрямах;

V - атомний (молярний) об'єм чистої фази.

Фаза, охолоджена до температури Т, за хімічним потенціалом відрізняється од рівноважної фази на величину                    (3. 8)

де Нт- питома теплота топлення, Тт- точка топлення кристала.

З (3. 7) і (3. 8) знаходимо температуру топлення сферичної частинки (r1=r2 = r):           (3. 9)

При r ~ 5-50 нм точка топлення міді й срібла зменшується приблизно на 400°.

При малому r зменшується і температура розчинення-кристалізації частинок (волокон, наприклад) евтектичного KM.

Якщо вони сферичні, то у формулу (3. 9) необхідно підставляти, що дорівнює поверхневій енергії на границі розділу фаз.

Розглянемо, які чинники впливають на поверхневу енергію на границі контактуфаз евтектичного KM.

У фазііснують сили взаємодії атомів А-А, а в фазі-атомів В-В, на границііснують сили

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Похожие работы