Влияние степени переохлаждения на процесс кристаллизации

Скорость роста кристаллов на зародышах зависит не только от , но и от скорости диффузии, поэтому по мере увеличения «n» сначала скорость роста кристаллов возрастает, а когда коэффициент диффузии сильно уменьшится (при больших степенях переохлаждения), то скорость роста замедляется. Вначале, когда кристаллы окружает расплав, они имеют геометрически правильную форму, но затем, после их столкновения, при кристаллизации остатков жидкости, они приобретают неправильную форму и называются кристаллитами или зернами.

Величина зерна при спонтанной кристаллизации завсит от соотношения , где с.к. – скорость роста кристаллов – скорость, с которой увеличиваются линейные размеры растущего кристалла; размерность – мм/сек или мм/мин.; ч.ц. – скорость зарождения центров кристаллизации, т.е. сколько центров возникает в объеме мм³ за 1 сек; размерность – 1/мм³.сек.

Зависимость с.к. и ч.ц. от степени переохлаждения была изучена ученым Г. Тамманом и графически представлена на рис.3.2.

Рис. 3.2. скорость роста кристаллов (с.к.) и скорость зарождения центров кристаллизации (ч.ц.) в зависимости от степени переохлаждения (Т_s-T_кр.=n)

Выводы:

- при малых n (например, n₁) структура металла будет крупнозернистой, т.к. ч.ц. мало, а с.к. велика (высокая температура обусловливает подвижность атомов).

- при больших переохлаждениях (например, n₂) ч.ц. велико (критический размер зародыша уменьшается), а с.к. мала (уменьшается скорость диффузии), структура металла получится мелкозернистой.

Если охладить жидкость очень быстро, достигнув такого n, когда ч.ц=0 и с.к.=0, получим аморфное состояние (загустевшая жидкость). В настоящее время и металлические сплавы стали получать в аморфном состоянии (например, магнитные пленки), которое приводит к получению ряда уникальных свойств.