1. Megszilárdulás (kristályosodás)

Az előadások a következő témára: "1. Megszilárdulás (kristályosodás)"— Előadás másolata:

1 1. Megszilárdulás (kristályosodás)
Fázisátalakulás: olvadék  szilárd (lásd: H2O megfagyása)

2 A stabil fázisok csíráinak keletkezésével járó szabadenergia változás
Felületi tag mindig pozitív! A térfogati tag az egyensúlyi hőmérséklet alatt negatív! GV: fázisátalakulással járó szabadenergia-változás, r: csíra sugara, SL: felületi feszültség az olvadék és szilárd felület határán GV<0, ha T<Tm

3 Ha az átalakulást, mint a túlhűlés mértékét (vagy mint időbeni eseményt) nézem,
A kritikus csíra mérete: r*: kritikus csíra sugara, TE: átalakulás egyensúlyi hőmérséklete (olvadáspont), L: olvadáshő, ΔT: túlhűtés mértéke

4 2. Ötvözetek képződése Ötvözet fémes tulajdonság
két vagy több fémből illetve metalloid elemből áll (C, N, O, Si, B, P, H). Előállítás komponensek direkt bemérése  olvasztás elektrokémiai módszer  együtt leválasztás mechanikai ötvözés  őrlés golyósmalomban kémiai reakció: Fém – H A komponensek kapcsolatai szilárd oldat képződése fémes vegyület képződése nincs oldódás, sem vegyületképződés

5 2. Ötvözetek képződése A kémiai összetétel hatása a termodinamikai állapotfüggvényekre – Elegyedési entalpia Elegyedési entalpia H= Hi + He elegyedési entalpia Hi= xAHA + (1-xA)HB összetevők entalpiájának súlyozott összege koncentráció

6 2. Ötvözetek képződése Elegyedési entrópia
ahol N: a rácspontok száma (A és B fém atomjai) n: a B fém atomjai x: koncentráció, azaz n=xN

7 A kémiai összetétel hatása a termodinamikai állapotfüggvényekre
2. Ötvözetek képződése A kémiai összetétel hatása a termodinamikai állapotfüggvényekre Ge=He - T·Se T·Se T·Se He He Ge Ge negatív oldódási entalpia pozitív oldódási entalpia

8 3. Kétalkotós ötvözetek és kristályosodásuk
Az egyensúlyi fázisdiagramok Hőmérséklet-összetétel diagramok: Tammann ábrák Miről szólnak? Adott hőmérsékleten és összetételnél milyen fázisok vannak egymással egyensúlyban.

9 A Gibbs fázisszabály A Gibbs fázisszabály F + Sz = K + 2
F: fázisok száma Sz: szabadsági fokok száma (szabadon változtatható állapothatározók száma) K: komponensek száma Ha a nyomás változásának lehetőségétől eltekintünk, azaz p = konst. F + Sz = K + 1 Sz = K – F (3 - F két komp. esetén, egy komp. esetén)

10 Milyen legfontosabb típusaik vannak?
Szilárd oldatok Amelyekben az elegyedés korlátlan. Feltételei a Hume-Rothary szabályok teljesülése, minden összetételnél azonos fázis van azonos kristályszerkezettel. Eutektikus rendszerek két alcsoport: szilárd állapotban egyáltalán nincs oldódás szilárd állapotban korlátos oldódás van Vegyületképző rendszerek Peritektikus rendszerek Monotektikus rendszerek

11 A B T szilárd oldat olvadék olv. + szil.
A szilárd oldatok fázisdiagramja és a megszilárdulás mechanizmusa A két alkotó (komponens) olvadék és szilárd fázisban egyaránt korlátlanul oldódik egymásban. A B T szilárd oldat olvadék olv. + szil. szolidusz likvidusz

12 Szilárd oldatok képződésének feltételei (Hume-Rothary)
A korlátlan elegyedés feltételei atomi átmérők különbsége: maximum 15% azonos vegyérték elektronegativitásuk közel azonos azonos rácsszerkezet Szilárd oldat helyettesítéses (szubsztitúciós) rácsközi (interstíciós) rendezett rendezetlen

13 A szilárd oldatok fázisdiagramja és a megszilárdulás mechanizmusa
A két alkotó (komponens) olvadék és szilárd fázisban egyaránt korlátlanul oldódik egymásban. G T2 Golv Gszil A B

14 A mérlegszabály, a fázisok tömegaránya

15 Példák a korlátlan elegyedésre

16 Példák a korlátlan elegyedésre
rendezetlen (magas T) rendezett (alacsony T)

17 Az eutektikus összetétel, az eutektikus kristályosodás
Eutektikus: könnyen olvadó. Kiemelkedő jelentőségűek: szerkezeti anyagok; kompozitok; acélokban lejátszódó folyamatok megértése szempontjából. Lényege: kémiailag homogén fázisból egyidejűen egymástól és a kiinduló fázis összetételétől is eltérő összetételű (és kristályszerkezetű) fázis keletkezik. „Csatolt kristályövekedés.”

18 Az eutektikus megszilárdulás (csatolt kristálynövekedés olvadékból)
Eutektikus rendszerek, egymásban szilárd állapotban nem oldódó komponensekkel Az eutektikus megszilárdulás (csatolt kristálynövekedés olvadékból)

19 A komponensek szilárd állapotban korlátoltan oldják egymást!
Eutektikus rendszerek, egymásban szilárd állapotban korlátoltan oldódó komponensekkel A komponensek szilárd állapotban korlátoltan oldják egymást!

20 A komponensek szilárd állapotban korlátoltan oldják egymást!
Eutektikus rendszerek, egymásban szilárd állapotban korlátoltan oldódó komponensekkel A komponensek szilárd állapotban korlátoltan oldják egymást!

21 A komponensek szilárd állapotban korlátoltan oldják egymást!
Eutektikus rendszerek, egymásban szilárd állapotban korlátoltan oldódó komponensekkel A komponensek szilárd állapotban korlátoltan oldják egymást!

22 Az eutektikus megszilárdulás mechanizmusa

23 Eutektikus rendszer, amelyben a komponensek korlátoltan oldódnak egymásban

24 Vegyület kristályosodásának nyílt maximumos diagramja

25 Példa: