Nem egyensúlyi rendszerek

Az előadások a következő témára: "Nem egyensúlyi rendszerek"— Előadás másolata:

1 Nem egyensúlyi rendszerek
Korszerű anyagok és technológiák, MSc 2015

2 Milyen értelemben beszélünk „egyensúlyról”?
A túltelített oldat: metastabil. Hogy alakul ki a metastabilitás általában? Az atomi átrendeződések nem tudják lekövetni a hőelvonás sebességét (lásd Fe3C grafit esete

3

4 A metastabilitások fajtái (tágabb értelemben)
A METASTABIL ÁLLAPOT JELLEGE PÉLDÁK TÖBBLET ENERGIA (RTm) TÖBBLET ENERGIA J/mol) ÖSSZETÉTELLEL KAPCSOLATOS TÚLTELÍTETT OLDATOK  1 10 SZERKEZETTEL KAPCSOLATOS TÚLHŰTÖTT OLVADÉKOK, AMORF FÉMEK ÉS INTERMETALLIKUS FÁZISOK  0.5 5 MORFOLÓGIAI VAGY TOPOLÓGIAI TERMÉSZETŰ NAGY FELÜLETŰ,NANO-MÉRETŰ FÁZISDISZPERZIÓK  0.1 1

5 Létrehozásuk általános elve:

6 Metastabil szerkezet létrehozása olvadékok gyors hűtésével:

7 Tulajdonságok változása a szemcsemérettel:
Hall―Petch-összefüggés:

8 Morfológiai metastabilitás: nanostruktúrált anyagok

9 Morfológiai metastabilitás: kondenzált anyagok klaszterjei:
Klaszter: kevés számú atomot tartalmazó halmaz, amely tartósan vagy ideiglenesen összetartoznak valamely megfigyelési folyamat során. kötéserősség jelentősen függ a klasztert alkotó atomok számától Minden tulajdonság termodinamikai értelemben csak a makroszkópos anyagra érvényes!

10

11 Összetétellel kapcsolatos metastabilitás:
k0: egyensúlyi megoszlási hányados v: hűtés sebessége

12

13 Hogyan alakul a szabadenergia fázisátalakulások során
Hogyan alakul a szabadenergia fázisátalakulások során? (amorf-kristályos, olvadék kristályos, túltelített oldatból történő kristályosodás során) Hipotetikus szabadentalpia diagram az amorf és kristályos állapotok képződési viszonyainak ábrázolására (am – amorf fázis,  – szilárd oldat,  – vegyület) [21

14 To görbék lefutásának meredeksége és a maximális túltelíthetőség, a megoszlásmentes megszilárdulás, az üvegképződés jelensége Milyen határesetek lehetnek? túltelitett, kristályos szilárd oldatok képződése fémes üvegállapot keletkezése (glassy alloys)

15

16

17

18

19 Szinterelés (példa morfológiai metastabilitásra és a rá épülő technológiára)

20 Tszinterelés  2/3 Tolvadáspont
A szinterelési folyamat hajtóereje a felületi energia csökkentése: pl.: 1μ-os Al2O3 por esetén 10 cm3 anyag felülete ≈ 1000 m2, a határfelületi energia pedig kb. 1 kJ. A sűrűségváltozás idő- és hőmérsékletfüggése: a: szemcseméret C: konstans Q: aktiválási energia