ІЛДЕРІ. Фазалар ережесі. Сйы жне атты кйде шексіз еритін жйелерді фазалы диаграммалары.

Диаграммалы кй температура мен концентрация функциясындаы берілген жйе орытпаларыны фазалы кйіні графиктік бейнесі трінде болады (42-сурет).

Концентрация сіндегі сол жатаы е шеткі нктеге А компонентті проценттік лесі осы осьты бойымен солдан оа арай салынады. О жатаы е шеткі нктеге екінші компонентті (В) 100 проценттік лесі сйкес.

Таза элементтер арасындаы немесе негізгі солардан тратын атты ерітінділер арасындаы концентрациялар интервалында орытпалар тзелетін аралы фазаларды болуы, диаграмманы осындай фазамен жне кез келген бір-біріне туелсіз элемент арасындаы блігін арастыруа ммкідік береді.

Кй диаграммаларын, детте эксперимент трінде растырады. Алайда, азіргі кезде оларды термодинамикалы потенциалдары бойынша есептеуді (электронды есептеуіш машиналарды пайдалана отырып) теориялы тсілдері жасалуда.

А жне В компонеттерінен тзілген орытпаларды кй диаграммаларын эксперимент жолымен растыру шін, А жне В компоненттеріні р трлі млшері бар орытпалар сериясын дайындау ажет. рбір мндай орытпа шін эксперимент арылы салкындату исыы растырылады, рі сол бойынша кризистік нктелерді, яни фазалы трлену температуралары аныталады.Зерттеліп отыран орытпаларды алынан кризистік нктелеріні мндерін, осы орытпаларды химиялы рамына сйкес келетін вертикаль сызытарды бойына салады. Содан кейін белгілі бір фазалы трленуге сйкес келетін кризистік нктелерді зара осып, кй диаграммасы сызытарын алуа болады. МКN сызыы (42-сурет)-барлы жоары нктелерді геометриялы орны;ол орытпаларды кристалдануыны бастапы температурасын анытайды. Оны ликвидус (ликва – латынша «сйы» деген сз) сызыы деп атайды. МРN сызыы – барлы тменгі кризистік нктелерді геометриялы орны; ол орытпаларды кристалдануыны аяталу температурасын анытайды. Оны солидус (солид – атты) сызыы деп атайды. Бл сызытар кй диаграммасын белгілі бір фазалы рамны айматарына бледі.

Экспериментті трде рылан салындату исыы мен кйлер диаграммасын фазалар ережесі бойынша тексереді.

Фазалар ережесі берілген ысымдаы кристалдану процесіні температуралы шарттарын белгілейді, сондай-а компонентте не белгілі бір рамдаы орытпада (егер олар берілген температурада не ысымда тепе-тедік кйде болса) анша фаза болатынын анытайды.

орытпаны тепе-тедік фазалы кйі, фазалы рамы, температурасы жне ысымы арылы аныталады. орытпаны фазалы рамын трлентпей – а, згертуге болатын факторлар санын еркіндік дрежесі деп атайды.

Еркіндік дрежесі (с) берілген температура мен осымша тран орытпадаы компоненттер саны (к) мен фазалар саны (ф) арылы аныталады: с =к + 2 – ф .

детте кй диаграммаларын траты (атмосфералы) ысым шін рады. Бл жадай формулада мынадай трде болады.

с =к + 1 – ф .

Таза компоненттер шін еркіндік дрежесіні мні 0 немесе 1 болуы ммкін. Фазалы рам, бірінші жадайда тек траты температурада, ал екінші жадайда температурада згергенде ана згермейді. Мысалы, кристалдану процесінде таза элементті екі фазасы (сйы жне атты) бір мезгілде болады. Фазалар ережесі бойынша еркіндік дрежесіні саны аныталды: с =к + 2 – ф =1 + 1 – 2=0. Бны зі – таза элементті екі фазасы болан кезде кристалдану процесі изотермиялы жадайда теді. (42-суретті ара) деген сз. Бір фазаны жойылуы (толы атайанда не балыанда) еркіндік дрежесіні санын згертеді: с =1 + 1 – 1 =1, яни салындату исыыны учаскесіндегі кристалдану температурасынан жоары не тмен температурада трлену болмайды.

Екі компоненттен тратын ос орытпаларды еркіндік дрежесіні мні 0; 1 жне 2 болуы да ммкін.

Мндай оспаны (42-суретті ара) кристалдану процесіндегі еркіндік дрежесі с = к +1- ф = 2 + 1 – 2 = 1 болады. Бл – температура мен фазалар концентрациясы арасында функционалды байланыс барлыын длелдейді. орытпаны кристалдану процесі, кристалдану жылуы блініп шыуына арамастан, баяу болса да тмен температурада жре береді. Кристалдану кезінде рбір температураа белгілі бір концентрация жне фазалар саны сйкес келеді (концентрация ережесі жне кесінділер ережесі).

Кейбір ос орытпаларды (эвтектикалы, перитектикалы жне т.б.) кристалдану кезінде фазалар саны шке те болуы ммкін. Мндай жадайда с = 2 +1- 3 = 0, яни процесс изотермиялы кейде рі барлы ш фазаны траты концентрациясында теді.

Концентрация ережесіБерілген температурада кристалдану кезіндегі орытпа фазасыны концентрациясын анытайды. Берілген t₁ температурадаы сйы фаза концентрациясы(42-суретті ара) осы температурадаы ликвидус сызыында жатан нкте, яни Ж_с нктесі арылы аныталады. Осы температурадаы атты фаза концентрациясы солидус сызыында жатан нкте, яни _а арылы аныталады.

Сонымен, 1-орытпаны кристалдану процесінде В компонентіні сйы жне атты фазалары бір алыпты болып таралмайды В компоненті А компонентіне араанда оай балитын компонент бола отырып, ол сйы фазада кп млшерде саталады да, жаадан тзілетін атты кристалыны рамына аз млшерде енеді. иын балитын А компоненті кристалында лкен млшерде жинаталады. Сйы жне атты фазалардаы компоненттерді бір алыпты таралмайтындыын таралу коэффициенті арылы анытайды: К= Ж_с/ _а. Бл былыс аса таза жартылай ткізгіштерді алуды кристаллофизикалы дісіні негізіне жатады (XXVI тарау).

Осы айтандардан, блініп шыатын кристалдарды химиялы рамы, температураны тмендеуіне сйкес, солидус сызыыны бойымен к¹ нктесінен дейін згереді деген орытынды жасауа болады. Бл кезде сйы фазаны рамы ликвидус сызыыны бойымен к нктесінен р¹ нктесіне дейін згереді, яни сйы оай балитын В компонентімен байытылады.

Дегенмен диффузия процесі салдарынан, те баяу (тепе-те)суыту кезінде (ал барлы диаграммалар осы жадай шін рылады) атты кристалдарды химиялы рамы тегеріледі жне ол кристалдану процесіні соында орытпаны химиялы рамына сйкес келетін р нктесі арылы аныталады.

Наты жадайдаы суыту кезінде мндай тегерілу болмауы да ммкін. Осы жадайда бір кристалды химиялы рамы оны р трлі болады. Мндай химиялы бір тексіздік микроликвация деп аталады.

Кесінді ережесі кристалдану кезіндегі фазаларды санды ара атынасын анытайды. Мысалы, t₁ температурада (42-суретті ара) орытпадаы сйы пен атты фазаларды саны тмендегі ара атынаспен аныталады:

Мндаы Ж_с + _а – орытпаны жалпы саны.

Сонымен Ж_с сйы фаза саны солидус сызыына жаын жатан аб кесіндісіне пропорционал, ал _а атты фаза саны ликвидус сызыына жатан бс кесіндісіне пропорционал болады. Кристалдану процесі дамыан сайын сйы фаза санын анытайтын аб кесіндісі ысарады, ал бс кесіндісі, керісінше зарады.