Жаропрочные композиционные материалы

стабільна границя; 2 - нестабільність, зумовлена доевтектичною або заевтектичною концентрацією; 3 - нестабільність, зумовлена неоднаковістю температурного градієнта по границі; 4-5 нестабільності при наявності сторонніх домішок

Затвердіння евтектики відбувається на границі розділу рідина - кристал. Ця границя має поверхневу енергію, тому прагне бути найменшою за площею (рис. 14, 1). При конденсації атомів на границю виділяється тепло. Тому біля неї є градієнти концентрації і температури. Якщо концентрація рідини менша евтектичної, наприклад С = 12,8 % для сплаву Pb-Sb (рис. 3. 12), то свинцеві кристали будуть рости швидше, (рис. 14, 2) і виступатимуть над кристалами Sb. Якщо в рідині є області з нижчою температурою, то там кристали ростимуть швидше, границя викривиться (рис. 14, 3).

Якщо в рідині є домішки атомів, що активізують ріст кристалів свинцю, то кристали почнуть активно рости, виникнуть деревовидні структури.

Кристаліт, що з невідомої причини пережене усі інші, має додаткові переваги: його краще омиває рідина, до нього більше надходить атомів. Він почне рости ще швидше, поки не попаде в зону підвищеної температури (рис, 3. 14, 4).

Можливі й інші нерегулярності. Ці нерегулярності зумовлюють непаралельний ріст кристалів, утворення пор та дефектів кристалічної будови. Тому для одержання міцних KM необхідно використовувати досконалу технологію.

Міцність KM тим більша, чим міцніші волокна, їхня ж міцність зростає зі зменшенням діаметра

Тому евтектичні KM потрібно кристалізувати так, щоб структурні складові (волокна, пластини) були якомога тонші. Розглянемо, від чого це залежить.

Атомно гладеньку поверхню границі рідина-кристал можна прибудувати одним способом: необхідно розташувати атоми в площині. Ентропія такої поверхні КlnN = 0 (N = l -це кількість способів, якими можна досягти такого стану). Криволінійну поверхню розділу рідина-кристал (р-к) можна здійснити багатьма способами (N1), тому така поверхня дуже ймовірна, а ентропія цього стану значна.

Як відомо з термодинаміки, реалізуються на практиці ті процеси, в яких більша ентропія. Проте при збільшенні шорсткості границі розділу р-к зростає її площа і поверхнева ентропія. Отже, велика шорсткість вигідна з точки зору ентропії, але невигідна енергетичне. Ясно, що існує оптимальний варіант, коли шорсткість невелика, але й не мала, і відповідає термодинамічним умовам росту. Шорсткість границі р-к залежить також від переохолодження  рідини на фронті кристалізації.

Переохолодження =Те- Т, де Те- точка кристалізації евтектики при дуже повільному відводі тепла та малій конвекції, Т- реальна температура, нижча за Те.

Колимала, атоми встигають зайняти на поверхні найбільш вигідні місця, нерівності на границі р-к будуть малі. При великих тверда фаза матиме велику шорсткість поверхні, велику концентрацію дефектів і навіть може мати аморфну структуру. Швидкість росту кристалів V зростає зі збільшенням :                                     (3. 4)

де К1 - константа сплаву.

Якщо на границі р-к є гвинтова дислокація, то швидкість росту кристалу при тому ж переохолодженні буде більшою, бо атом, що потрапив на "сходинку" гвинтової дислокації, утримується кількома атомними зв'язками і не може знову перейти в рідину. Експеримент доводить, що                             (3. 5)

Для атомно гладенької поверхні                  (3. 6)

де К2, К3, К4- константи.

Швидкість

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

Похожие работы