IMG4 115 (2)

114 o. nrystaiizacja z tazy ciekłej

114 o. nrystaiizacja z tazy ciekłej

115

gdzie N jest liczbą atomów w jednostce objętości, k - stałą Boltzmanna, h -Plancka, AG_A - energią swobodną aktywacji przejścia atomów z cieczy*! kryształu, y - energią swobodną powierzchni rozdziału faz stałej i ciekłej ^ - przechłodzeniem.

Rys. 6.2. Zależność prędkości zarodkowania od przcchłodzenia 1 - zarodkowanie jednorodne, 2 — zarodkowanie niejednorodne

Zależność szybkości zarodkowania od przechłodzenia przedstawiono poglądowy na rys. 6.1

Teoria zarodkowania jednorodnego jest stosunkowo dokładnie opracowali w odniesieniu do czystych metali, ponieważ jednakowy skład fazy ciekłej, zespołói bliskiego uporządkowania i zarodków krystalizacji upraszcza rozważania. W odnię sieniu do stopów różnice składu chemicznego roztworu ciekłego i zarodków krystalizacji komplikują zagadnienie tak dalece, że nie doczekało się jeszcze pełnego opracowania.

6.1.2. Zarodkowanie niejednorodne

Teoria zarodkowania niejednorodnego opiera się na założeniu Turnbulla, a tworzenie się zarodków krystalizacji ułatwia powierzchnia stykającej się z cieczą fazji stałej. W myśl założenia, środkami działającymi katalitycznie na proces zarodkowa' nia są powierzchnie ścian naczynia (tygla, wlewnicy, formy), błonki stałych tlenków! oraz drobne cząstki nie rozpuszczonych wtrąceń pływające w cieczy. Zarodek podkrytyczny rozwijający się na płaszczyźnie podłoża przybiera kształt zbliżony do czaszy kulistej, określony kątem styku 0 z płaszczyzną (rys. 6.3). Warunkiem trwałości zarodka na płaszczyźnie podłoża jest równość energii swobodnyck

Rys. 6.3. Zarodek niejednorodny

6.1. Zarodkowanie

powierzchni rozdziału faz: podłoża i cieczy y_PC, podłoża i kryształu y_n oraz kryształu i cieczy y_KC

Vpc = Vpk + y KcCosO,    (6.10)

skąd współczynnik kształtu S zarodka

S = cosO = -^rc-~ — .    (6,11)

Tac

Przy wartościach współczynnika kształtu 0 < S < 1 na podłożu może utworzyć się i rozrastać zarodek krystalizacji w kształcie czaszy kulistej o objętości znacznie mniejszej od objętości zarodka kulistego, jaki w tych samych warunkach utworzyłby się bez podłoża. Promień zarodka niejednorodnego jest znacznie większy od promienia zarodka jednorodnego o takiej samej objętości. Dlatego warunek zarodkowania (6.5) niejednorodnego może być spełniony przy znacznie mniejszym przechłodzeniu niż zarodkowania jednorodnego. Przy założeniu, że prawdopodobieństwo utworzenia zarodka krystalizacji określonej wielkości nie zależy od jego kształtu, im mniejszy jest kąt styku 0, tym większy jest promień czaszy kulistej r (zarodka) o określonej objętości.

Warunki zarodkowania niejednorodnego przedstawiono poglądowo na rys. 6.4a. Krzywa zależności promienia krytycznego R* (zarodka kulistego) od przechłodzenia AT przecina linie zależności promienia zarodka w kształcie czaszy kulistej od przechłodzenia dla kilku kątów styku 0. Punkty przecięcia krzywych określają dla odpowiednich kątów styku promień zarodka niejednorodnego.

Na rysunku 6.4b przedstawiono poglądowo wpływ podłoża na warunki zarodkowania niejednorodnego. Krzywizna powierzchni podłoża katalizującego zarodkowanie, przy stałych wartościach kąta styku 0 i promienia krzywizny R powierzchni rozdziału faz kryształ-ciecz, zmienia objętość zarodka. Zarodkowanie zachodzi najłatwiej przy minimalnej objętości zarodka, toteż przy wklęsłej powierzchni podłoża (/) przebiega przy mniejszym przechłodzeniu niż przy powierzchni wypukłej

(3).

kys. 6.4. Zarodkowanie niejednorodne: a) zależność promienia krytycznego od przechłodzenia, b) zależność objętości zarodka od kształtu podłoża I - wklęsłe, 2 - płaskie, 3 - wypukłe