Термодинамика фазовых превращений в однокомпонентных системах

Содержание

Слайд 2

Возможные фазовые превращения

Возможные фазовые превращения

Слайд 3

Гомогенное зарождение новой фазы
Схематическое изображение линий фазовых равновесий (сплошные) однокомпонентной системы.

Гомогенное зарождение новой фазы Схематическое изображение линий фазовых равновесий (сплошные) однокомпонентной системы.
Пунктиром обозначены условные границы метастабильных состояний: правее ОК - перегретой жидкости, левее ОК - пересыщенного пара, левее ОМ - переохлажденной жидкости.

2

Слайд 8

Работа образования зародыша новой фазы в зависимости
от радиуса и переохлаждения

Работа образования зародыша новой фазы в зависимости от радиуса и переохлаждения

Слайд 9


Работа образования зародыша и критический радиус частицы определяются степенью внедрения

Работа образования зародыша и критический радиус частицы определяются степенью внедрения в метастабильную область. 6
в метастабильную область.

6

Слайд 10

Численную оценку величин критического зародыша и работы его образования получим, выразив
через

Численную оценку величин критического зародыша и работы его образования получим, выразив через
параметры макроскопических фаз:

Здесь Р0 – равновесное давление насыщенного пара (над плоской поверхностью). Тогда

7

Слайд 13

Спекание частиц порошка через газовую фазу.

Давление пара над частицей радиуса r больше,

Спекание частиц порошка через газовую фазу. Давление пара над частицей радиуса r
чем над плоской поверхностью, а в области перешейка контактирующих частиц с радиусом p (отрицательной кривизны) – меньше. Под влиянием потока атомов в градиенте давлений пара радиус контакта x увеличивается

Слайд 14

Спекание частиц порошка по механизму объёмной диффузии.
При диффузионном спекании происходят два встречных

Спекание частиц порошка по механизму объёмной диффузии. При диффузионном спекании происходят два
процесса – перенос атомов в свободные вакантные места (показано стрелками) и движение вакансий в обратном направлении

Слайд 17

Поры в кристалле

Пора (капля пустоты) испаря-ется в кристалл. Вблизи поры -много

Поры в кристалле Пора (капля пустоты) испаря-ется в кристалл. Вблизи поры -много
вакансий (зачерненные кружки), вдали – мало

13

Слайд 19

Изменение химического потенциала при переохлаждении жидкости.

Применяя ур-е Гиббса-Гельмгольца к процессу кристаллизации

Изменение химического потенциала при переохлаждении жидкости. Применяя ур-е Гиббса-Гельмгольца к процессу кристаллизации из расплава, получим: 14
из расплава, получим:

14

Слайд 20

Интегрируя это выражение от температуры плавления Тm, которой соответствует

до температуры Т,

Интегрируя это выражение от температуры плавления Тm, которой соответствует до температуры Т,
получаем:


, или

, где

Эта формула даёт температурную зависимость разности химических потенциалов новой и исходной фаз.

Слайд 21

Напомним, что для любого фазового перехода

а для процесса кристаллизации

Напомним, что для любого фазового перехода а для процесса кристаллизации

Слайд 23

Кристаллический зародыш не может иметь точно сферическую форму.

В общем случае надо учитывать,

Кристаллический зародыш не может иметь точно сферическую форму. В общем случае надо
что для кристаллов различные кристаллографические плоскости (hkl) имеют разные значения удель-ной поверхностной энергии на поверхности раздела кристалл - расплав

16

Слайд 24

Снижение температуры плавления ультрамалых частиц
Размерная зависимость относительной точки плавления частиц Pb

Снижение температуры плавления ультрамалых частиц Размерная зависимость относительной точки плавления частиц Pb
(1), Sn (2) Au (3). Ошибки измерений (4).

17

Слайд 25

Гетерогенная нуклеация

Калашников Е.Г., Калашников И.Е.
Структурообразование сплавов и
композиционных материалов. Теория и эксперимент. Lambert

Гетерогенная нуклеация Калашников Е.Г., Калашников И.Е. Структурообразование сплавов и композиционных материалов. Теория
Academic Publishing. 2012.

Слайд 26

Скорость нуклеации увеличивается, если во время затвердевания в расплаве присутствуют частицы-подложки. Простейшим

Скорость нуклеации увеличивается, если во время затвердевания в расплаве присутствуют частицы-подложки. Простейшим
и наиболее фундаментальным понятием для описания гетерогенной нуклеации на подложках является понятие смачиваемости и ее отражение в краевом угле . На нерастворимых подложках зародыш твердой фазы имеет сферическую форму крышки с контактным углом , характеризующим соотношение между тремя межфазными энергиями, как показано на рис.

Слайд 28

Гетерогенное зарождение новой фазы

Если преципитат образуется на твердой поверхности, как это показано

Гетерогенное зарождение новой фазы Если преципитат образуется на твердой поверхности, как это
на рисунке, то условие его устойчивости удовлетворяется, если уравновешиваются горизонтальные составляющие поверхностных натяжений, т.е., если
γLS - γSC = γLCcosθ. Косинус равновесного краевого угла, определяемый величиной отношения поверхностных энергий по этой формуле, служит мерой смачивания.

Слайд 30

Гетерогенное зарождение новой фазы

При полном не смачивании подложки жидкостью
(θ =180°, соsθ

Гетерогенное зарождение новой фазы При полном не смачивании подложки жидкостью (θ =180°,
= -1), f =1
и зарождение новой фазы идёт так же, как в условиях гомогенной нуклеации.

Слайд 31

Гетерогенное зарождение новой фазы

При любой же степени смачивания (θ <180°) имеем

Гетерогенное зарождение новой фазы При любой же степени смачивания (θ , т.
, т. е. работа образования преципитата на подложке меньше работы образования сферического преципитата, причем с уменьшением краевого угла работа гетерогенного зарождения уменьшается. При полном смачивании
(θ =0°, соsθ =1) работа образования преципитата на стенке равна нулю.

θ

Слайд 32

Гетерогенное зарождение новой фазы

Если поверхность затравки искривлена в масштабе, сравнимом с размерами

Гетерогенное зарождение новой фазы Если поверхность затравки искривлена в масштабе, сравнимом с
зародыша, то объем крити-ческого зародыша будет зависеть от кривизны этой поверхности. Это видно на рис., где показаны зародыши с равными радиусами и равными краевыми углами, расположенные на подложках различной кривизны. Если форма подложки вогнутая, то объем зародыша явно меньше, так что образование такой флуктуации более вероятно.

Слайд 33

Межфазные энергии изменяются с температурой и временем выдержки расплава.

Изменение контактного угла
со

Межфазные энергии изменяются с температурой и временем выдержки расплава. Изменение контактного угла
временем для системы Al/SiC.

Изменение контактного угла, измеренного после 15 минутной выдержки, от температуры в системе

Слайд 34

Влияние электрических зарядов

Работа заряжения Wq сферической поверхности радиуса r зарядом q

Влияние электрических зарядов Работа заряжения Wq сферической поверхности радиуса r зарядом q
равна

А снижение поверхностной энергии:

19

Имя файла: Термодинамика-фазовых-превращений-в-однокомпонентных-системах.pptx
Количество просмотров: 41
Количество скачиваний: 0