Атты фазаның өскіндердің түзілуі механизмі

Сұйық металда температурасына сәйкес төмендеуі кезінде кристалдар құрыла бастайды – кристалдану орталықтары немесе ұрықтары. Олардың өсуі үшін, металдың бос энергиясы азаюы қажет, әйтпесе ұрықтар еріп кетеді.

Өсуге қабілетті ұрықтың ең аз мөлшері критикалық мөлшер, ал ұрықтар – тұрақты деп аталады.

Сұйықтан кристалдық күйге өту, сұйық – кристалл бөлінуінің құрылуына, энергия шығындалуын қажет етеді. Кристалдану үрдісі, қатты күйге өту, бөліну беттерінің құрылуына жоғалған энергиядан ұтымды болғанда жүреді. Жүйе энергиясының қатты фазадағы ұрық мөлшерінен тәуелділігі 3.3 суретте көрсетілген.

Критикалыққа сәйкес және үлкен мөлшерлерлі ұрықтар энергияның азаюымен қатар өседі сондықтан олардың болуы мүмкіндігі жоғары.

Сүр.3.3.Қатты фазаның ұрық мөлшері жүйе энергиясына байланысы

Кристалдану механизмі 3.4 суретте көрсетілген.

Сүр.3.4.Кристалдану үрдісінің моделі

Бастапқы фазада кристалдану орталықтары бір – біріене тәуелсіз кездейсоқ жерлерде түзеледі. Бастапқыда кристалдар дұрыс пішінді болады, бірақ өзге кристалдармен бірігіп және соқтығысып қалуы нәтижесінде пішіні бұзылады. Ұлғаю тек қоректендіруші ортаға емін – еркін өтуге болатын бағытта ғана жалғасады. Кристалдану аяқталған кейін поликристалдық денеге ие боламыз.

Кристалданудың сапалық сызбасы мөлшерлік кинетикалық қисық арқылы кескінделуі де мүмкін. (3.5 сурет)

Сүр.3.5. Кристалдануды үрдісінің кинетикалық қисығы

Бастапқыда кристалдардың соқтығысуы, олардың өсуіне кедергі болғанша үрдіс тез жүреді. Кристалдар түзелетін сұйық фазаның көлемі азаяды. Кристалдану үрдісі аяқталғаннан кейін металл көлемінің 50%- нда жылдамдығы баяулай түседі.

Сондықтан, кристалдану үрдісі- кристалдану орталықтарынан және осы орталықтардан кристалдардың өсуінің түзілуінен тұрады.

Өз кезегінде, кристалдану орталықтарының саны (о.с.) және кристалдардың өсу жылдамдығы (ө.ж.) аса салқындау дәрежесіне тәуелді (3.6 сурет).

Түзелген кристалдардың мөлшері, түзелген кристалдану орталықтары санының және кристалдану температурасындағы кристалдардың өсу жылдамдығына қатынасына тәуелді болады.Т_S кристалданудың тепе-теңдік темперетурасында түзелген кристалл орталықтарының санымен олардың өсу жылдамдықтары нөлге тең болады, сондықтан кристалдану үрдісі жүрмейді.

Егер сұйықты (а) температурасына сәйкес температураға шейін салқындатасақ, ірі түйіршіктер түзеледі (түзелген орталықтардың саны көп емес, ал өсу жылдамдығы үлкен).

Егер (в) температурасына шейін аса салқындататын болсақ – ұсақ түйіршіктер түзеледі (түзелген орталықтар саны көп, ал олардың өсу жылдамдықтары төмен).

Егер металды қатты тоңазытатын болсақ, онда орталықтардың саны және кристалдардың өсу жылдамдығы нөлге тең болады, сұйық кристалданбайды, аморфты дене түзеледі. Тоңазуға бейімділігі аз металдар үшін қисықтың шығыңқы бөлігінің тармақтары тәжірибелік жолмен табылады.

Сүр. 3.6.Өсу жылдамдығы мен орталықтарының саны аса салқындау дәрежесіне тәуелділігі.

Сұйық күйдегі зат атомдары, жылулық қозғалыс салдарынан ретсіз орын ауыстырып отырады.Мұнымен қатар сұйықта шағын көлемде едәуір дәрежедегі орнықты атомдар тобы да болады.Бұл топтар сұйық ішінде сорылып біткеннен кейін, сұйықтың басқа бір жерінде, қайта пайда болады. Атомдар тобының көлемінде зат атомдарының орналасуы кристалл торына ұқсас. Сұйықты суыту кезінде олардың кейбір ірілеуі орнықты күйге көшеді әрі өсуге қабілетті болады. Атомдардың осындай орнықты топтарын кристалдану орталықтары (өскіндері) деп атайды.