Форма кристаллов (Часть 2).

Ускоренный рост выступающих участков (отростков) дендрита обусловлен несколькими причинами. Во-первых, он может быть связан с особенностями упаковки атомов и размещения дефектов на поверхности этих участков. Во-вторых, дендритная форма кристалла может явиться результатом неравномерности теплоотвода. Выступающие участки кристалла соприкасаются с большим объемом жидкости, приходящейся на единицу их поверхности. Это способствует лучшему рассеиванию теплоты кристаллизации, выделяющейся на фронте затвердевания. При росте кристалла в виде острия вершина его все время соприкасается с переохлажденным расплавом и продвигается более быстро. В третьих, образованию дендритной формы кристаллов могут способствовать примеси. Накапливаясь в расплаве у вогнутых участков кристалла, примесь тормозит их рост. Рост же острых выступов, соприкасающихся с расплавом исходного состава, не задерживается. Образование новых отростков на уже выросших ветвях начинается с возникновения выступов. Разрастаясь, они становятся новыми ветвями. Выступы образуются прежде всего на тех участках поверхности, где имеются дефекты, обеспечивающие создание спиралей и быстрый рост. Из зарождавшихся на ветвях выступов вырастают не все.

Вследствие тепловой и концентрационной неоднородности фронта кристаллизации часть из них, попадающая в менее благоприятные условия роста, выклинивается. Растущие выступы, опережая соседей, отбрасывают ветви третьего порядка и заглушают рост соседних ветвей второго порядка. Таким образом, происходит выклинивание ветвей более низкого порядка.

В зависимости от условий, складывающихся на каждом участке фронта кристаллизации, ветви разветвляются в различных направлениях неравномерно. В одних случаях дендриты могут состоять только из стволов, в других — образуются ветви и более высоких порядков. Чем быстрее охлаждается расплав, тем чаще идет ветвление.

При дендритном росте общий фронт кристаллизации и число поверхностных дефектов больше, чем в случае неразветвленных кристаллов. Благодаря этому больше и объемная скорость затвердевания, т. е. количество образующейся в единицу времени кристаллической фазы. В этом смысле дендритная кристаллизация кинетически более выгодна. Термодинамически же разветвленный кристалл менее устойчив, чем неразветвленный, обладающий меньшим термодинамическим потенциалом.

Иван Перфильев
Информацию обо мне вы можете посмотреть на странице Об авторе |