Металловедение. Плавление и возгонка металлов.

Плавление и возгонка являются процессами, противоположными кристаллизации: они устраняют дальний порядок в расположении атомов.

В отличие от кристаллизации, которая начинается после переохлаждения, плавление происходит без перегрева выше точки плавления Т_б (рис.1).

При достижении температуры Т_б кристаллы обычно оплавляются на поверхности, а затем плавление распространяется вглубь. Скорость плавления определяется интенсивностью подвода тепла, поскольку устранение дальнего порядка в размещении атомов требует затраты энергии.

Образование жидкой пленки на поверхности кристалла без перегрева связано с тем, что поверхностная энергия при плавлении уменьшается. Если поверхностная энергия на границе кристалла и пара равна суммарной поверхностной энергии на границе жидкости и кристалла и жидкости и пара, оплавлении происходит при температуре Т_б, т.е. без перегрева.

Во время возгонки кристаллов поверхностная энергия на границе кристалла и пара может оставаться неизменной. Переход атомов из кристалла в пар сопровождается разрывом межатомных связей и требует затраты большой энергии. Возгоняемые металлические кристаллы могут быть перегреты выше точки возгонки Т_м (рис.1) на десятки градусов.

Удаление атомов с поверхности кристаллов происходит не только при возгонке, когда температура металла Т≥ Т_м, но и при более низких температурах – при испарении, химическом или электролитическом растворении, окислении и т.д. В технике металлографического анализа растворение кристаллов (травление) широко используют для выявления структуры.

Вероятность удаления атома в окружающую среду зависит от положения его на поверхности кристалла. Атомы, находящиеся на ступеньках (положение Б и В, рис.2),

отрываются от кристалла и переходят в пар или травильный раствор легче, чем с идеально гладкой поверхности. Поэтому при небольших скоростях растворения кристаллы ограняются плотноупакованными плоскостями со ступеньками и спиралями (естественная шероховатость). Удаление атомов с таких поверхностей осуществляется отрывом их от ступеней.

На поверхности реальных кристаллов при растворении появляется рельеф, образование которого связано с наличием дефектов. В дефектных участках (границы и субграницы, дислокации, примесные включения) атомы обладают повышенной энергией и легче удаляются в окружающую среду. В результате возникают  «фигуры» растворения (травления), по размещению которых можно судить о форме кристаллов и их дефектах.

Поделитесь этим материалом: