Все кристаллические вещества при нагреве сохраняют твердое состояние до определённой температуры. Чем выше температура вещества, тем больше амплитуда колебаний атомов, находящихся в узлах кристаллической решетки. При достижении, некоторой критической температуры амплитуда колебаний атомов увеличивается Настолько, что происходит разрушение кристаллической решетки, в результате чего вещество из твердого состояния переходит в жидкое. Температура, при которой вещество переходит из твердого в жидкое состояние, называется температурой плавления.
Обратный переход кристаллических веществ из жидкого состояния в твердое происходит при определённой температуре, называемой температурой кристаллизации, а сам процесс образования кристаллов из жидкости называют кристаллизацией.
Рисунок 1.7- Кривые нагревания и охлаждения кристаллического и аморфного вещества
Пока вещество находится в жидком состоянии, температура понижается равномерно до точки А рисунок 1.7(а). Чтобы вызвать кристаллизацию, вещество надо охладить до температуры переохлаждения Тпр, т.е. его температура додана быть несколько ниже температуры плавления Тпл. Разницу температур Тпл-Тпр называют степенью переохлаждения Δ Т.
При температуре Тпр в расплаве образуется центры кристаллизации, число которых увеличивается по мере отвода тепла. При этом ранее возникшие кристаллы увеличиваются за счет присоединения новых атомов расплава. До тех пор, пока вся жидкость не затвердеет (в точке В), температура расплава остаётся постоянной, так как процесс кристаллизации сопровождается выделением теплоты. После затвердевания расплава температура снова равномерно понижается.
Если скорость охлаждения расплава большая, то образуется большое число центров кристаллизации, а размеры кристаллов будут малы. Следовательно, при быстром охлаждении вещество будет иметь мелкозернистую кристаллическую структуру.
Таким образом, управляя скоростью охлаждения вещества, можно получить вещества с различной кристаллической структурой, а следовательно, и с различными свойствами. Это явление лежит в основе термической обработки материалов.
При получении монокристаллических тел для создания единственного центра кристаллизации в расплав искусственно вводят маленький кусочек монокристаллического вещества, называемый затравкой. При медленном охлаждении вещество, кристаллизуясь, продолжает кристаллическую структуру затравки.
Кривая охлаждения аморфного вещества (рисунок 1.7 б) в отличие от кривой охлаждения кристаллического вещества на воем протяжении идёт плавно, что указывает на постепенное его отвердевание.
Полиморфизм (аллотропия)
Многие вещества в зависимости от условий кристаллизации могут иметь различные кристаллические решетки при неизменном химическом составе. Способность вещества перестраивать свою кристаллическую решетку называют полиморфизмом или аллотропией.
Рисунок 1.8 - Кривая охлаждения железа.
Такая перестройка происходит главным образом под влиянием температуры, хотя не исключено влияние и других факторов – давления, наличия примесей. Вещества с постоянным химическим составом, но имеющие различные кристаллические решётки, называют аллотропическими модификациями и обозначают их греческими буквами в алфавитном порядке по мере возрастании температуры.
Аллотропические модификации имеют кобальт, железо (рисунок 1.8), олово, титан, селен, фосфор, углерод и другие вещества. Полиморфизм широко используется при получении материалов с различными свойствами, например, из графита получают искусственные алмазы.
