Фазалы ауысымдарды жалпы задылытары.Фазаларды бос энергиясыны температураа туелділігі.

Кез- келген дене ш трлі агрегатты кйде болады: атты, сйы, газ трізді. Бір кйден екінші кйге туі мумкін, егер жаа жадайдаы жаа кй траты болып келсе жне де энергияны аз орына ие болса.

Сырты орта жадайларды згеруіне байланысты бос энергия, сйы жне кристалды кйлері шін крделі задылыпен згереді.Температураны згеруіне байланысты сйы жне атты кйлер шін бос энергияны згеру сипаты 9.1 суретте крсетілген.

Осы сызбаа сйкес ТS- температурасынан жоары дене сйы кйде, ал ТS- нан тмен атты кйде болады.

ТS-а сйкес температурада сйы жне атты фаза бірдей энергияа ие, металл екі кйде де тепе-тедікте болады, сондытан екі фаза да бір мезгілде шексіз за журе алады. ТS – тепе-тедік немесе кристалдануды теориялы темперетурасы.

Кристалдану рдісі басталуы шін, рдіс жйеде термодинамикалы тиімді жне жйені бос энергиясыны азаюымен атар жруі керек. Бл сйыты ТS- тан тмен температурада

 

сурет.9.1. Еркін энергияны температураа туелді лшеу.

 

салындауында кездесуі ммкін. Кристалдануды басталу температурасы кристалдануды наты температурасы деп аталады.

Сйыты кристалдануды тепе - тедік температурасынан тмен температурада салындатуды аса салындау деп атайды жне аса салындау дрежесі (Т) – мен сипатталады;

Т = Ттеор– Ткр.

Аса салындау дрежесі металды табиатына, оны аншалыты ластанандыынан (металл нерлым таза болса, сорлым оны тоазыту дрежесі жоары болады), салындату жылдамдыынан ( нерлым салындатуды жылдамдыы жорары болса сорлым аса салындау дрежесі жоары) байланысты.

Металды сйы кйден атты кйге туін арастырайы..

Барлы кристалл денелерді ыздыру барысында атты кйден сйы кйге ту шекарасы аны крінеді. Осындай шекара сйы кйден атты кйге туде де болады.

Кристалдану – бл сйы фазада кристалды тор телімдеріні рылу рдісі жне сол рылан орталытардан кристалдарды сіуін айтамыз.

Жйе е аз бос энергия млшерімен термодинамикалы тратыра кйге ткен кезде ана, кристалдану жреді.

Металды сйы кйден кристалды кйге ту рдісін уаыт – температура координатасында исы арылы кескіндеуге болады. Таза металды салындау исыы 3.2 суретте крсетілген.

Ттеор. – кристалдануды теориялы температурасы;

Ткр. – кристалданудынатытемпературасы;

Таза металдыкристалданурдісі:

1 нктесінедейінсыкйдегі металл салындайды, рдістемператураныбіралыптытмендеуіменбіргежреді. 1 – 2 айматардакристалданурдісі, кристалданудыжасырынжылуыдепаталатын, жылудыблінуіменатаржреді. Олжылыдыкеістіктетаралуыналпынакелтіреді, сондытан температура тратыболыпалады. Кристалдануаяталаннанкейін 2 нктесінде температура айтадантмендейбастайды, металл аттыкйіндесалындайды.

Ср. 9.2.Таза металды салындату исыы

Кристаллды заттар кез келген реттелмеген кйден(газдардан, булардан, ерітінділерден, балымалардан, аморфтыдан) жне де баса кристаллды фазадан ауысуы арылы пайда болады. Кристаллды кйден ту кристаллизация деп аталады.

Кристализация процесі ту ортасына(газ трізді, сйы, атты,), туелді емес, екі сатыда жреді: Процесс кристаллизации независимо от среды, в который он происходит осуществляется в два этапа: 1) су абілетті субмикроскопиялы рыты пайда болуы; 2)сол рыты рі арай суі.

Реттелмеген фазадан кристаллды рыты пайда болуы тепе-тедікте тран екі фазадан ту сызыы арылы пайда болады.

ысым пен температура кезінде тепе-тедік исытарына жауап беретін нктелер де фазалар за уаыт бойы болады. Буа ту шін (сйыты) кристаллды тепе-тедік сызыынан ткізу керек, яни салындату немесе аныу.

Бір кйден екінші кйге , мысалы сйытан аттыа ткенде зат атты кйінде траты боландытан еркін энергиясыны шамасы тмен болады.Кптеген тжірибелер крсеткендей, траты емес метастабильді салындаан сйытар (газдарда) жйесінде за уаыт бойы кристаллдар пайда болмайды. Бл жаа фазаны пайда болуыны иыншылыымен тсіндіріледі, йткені кристаллизацияда сйыты (газ) – кристалл беттігіні пайда болуына энергия шыындалады. рытарды пайда болуын гомогенді жне гетерогенді деп блінеді.

рыты гомоменді пайда болуы баса бетті бліктері атыспай, метастабильді фазаны ішінде жреді.Кристаллдану траты кйге тудегі энергиядан, беттік блікті пайда болуына жмсалан энергиясынан кп болса жреді. 39 суретте крсетілгендей, еркін энергияны кристаллды рыты суіне туелділігі басында пайда болып жатан кристалл рыыны суі еркін энергияны сіне алып келіп, белігі бір критикалы мннен rk бастап еркін энергия тмендейді. Осылайша, пайда болан рыты лшемі rk кіші болса, рысты суі ммкін емес, ал рыты лшемі rk болса оны суі ммкін. суге абілетті рыты минимал лшемі критикалы деп аталады. Мндай рытар траты немесе критикалы деп аталады.

рбір салындату дрежесі траты рыты белгілі бір лшеміне жауап береді;салындату дрежесі скен сайын ры лшемі кішірейіп, бірлік уаытта кристаллизацияны орталытарыны саны кбейеді.

рытарды фазалар айырымыны бетінде- баса бліктерде, ыдыс абыраларында кристаллдары бар беттерде пайда болан рыты гетерогенді деп атаймыз. рытарды гетерогенді пайда болуы фазалы ауысуды жалпы жадайы болып табылады, сондытан айырылу беттеріні серін алып тастау ммкін емес.

рытарды пайда болуы белгілі бір дрежеде метастабильдік фазаны ішіндегі материалды бліктер арасындаы атомаралы кштерді рекеттесуімен аныталады. рытарды гетерогенді пайда болуы фаза блшегі мен тсеніш арасындаы кш метастабильді фаза ішіндегі атомаралы кштен кп болан жадайда гомогенді пайда болудан артышылытары болады.

рытарды пайда болу процессі газдар мен сйытытара араанда, атты заттарда(аныан атты ерітінділерден жаа фазаны блінуі немесе полиморфты ауысу) иыныра жреді. атты денелерде ааулар боландытан, блікті ішкі беттігі болып табылатын рыты гомогенді пайда болуы жрмейді. Пайда болатын кернеулер мен фаза аралы энергия шамасы матрица мен блінген фаза арасындаы кристаллографиялы атынаспен аныталады.

рыты пайда болуыны келесі ш трі бар: 1)когерентті рытарды жасалуы; блінген фаза ( Co дан Cu блінуі) мен матрицаны кристаллды рылымы бірдей; 2) рытарды жылжу жолымен жасалуы; жаа фаза бастапы торды жылжу жолымен пайда болады (-CuZn -CuZn), мартенситтік ауысу; 3) когерентті емес рыты жасалуы; блінген фазаны кристаллды рылымы, матрица рылымынан ерекшеленеді (Al -AlCu).

 

 

Кристализация процесі ту термодинамикалы шарттары.

Металды сйы не бу трізді кйінен кристалды рылым тзе отырып, атты кйге ауысуын алашы кристалдану деп атайды.

атты кристалды затта жаа кристалдарды тзілуін айыра кристалдану деп атайды.

Кристалдану процесі бір мезгілде жретін екі процестен трады:

кристалды пайда болуы жне суі.Кристалдарды здігінен пайда болуы (здігінен болатын кристалдану) немесе кристалдануды дайын орталытарында суі (здігінен болмайтын кристалдану) ммкін.

здігінен болатын кристалдану затты брыысынан орнытыра термодинамикалы потенциалыны ( Z ) кемуімен сипатталатын кйге кшуіне байланысты.Тепе-тедік кезінде затты энергетикалы кйі Z-ті е кіші (минимум) мнімен сипатталады.

Z = H –T S.

Температураны жоарылауына байланысты, затты термодинамикалы потенциалы, атты кде де, сйы кйде де азаяды. Ол схема трінде 1-суретте крсетілген.

атты жне сйы кйдегі затты термодинамикалы потенциалдары бір-біріне те болатын температураны кристалдануды тепе-тедік температурасы деп атады.

Затты атты кйдегі термодинамикалы потенциалы сйы кйдегі термодинамикалы потенциалынан кем болан температураа туелділігі жадайда, яни сйы металды тепе-тедік температурасынан тменірек температурада салындатанда кристалдану процесі жреді. Ал кристалдануа кері процесс-балу процесі тепе-тедік температурадан жоарыра температурада ыздыранда жреді.

Балуды наты жне кристалдану температураны айырмасы температуралы гизтерезис деп аталады.

Кристалдану кезінде жылу блінеді.Таза элемент кристалдананда саындату салдарынан блініп шыан жылу, кристалдану жылуымен компенсацияланады. Сондытан температура-уаыт координатасында кескінделген салындату исыында горизонтальды учаске кристалдану процесіне сйкес келеді (2-сурет).

Кристалдануды тепе-тедік (Тs) жне наты (Тn) температураларыны айырмасы ( Т ) салындау дрежесі деп аталады.Салындау дрежесі суыту жылдамдыыны артуына сйкес артады.ндірістік жадайдаы кристалдану кезінде металдарды деттегі салындау дре жесі 10°С пен 30°С аралыында болады: те лкен суыту жылдамдыына ол жз градуса жетуі ммкін.Металдарды балу кездегі ыздырылу дрежесі аса лкен болмайды (бірнеше градустан аспайды).

Баылау сратары:

1.Салындату дрежесі дегеніміз не?

2.Кристаллизацияны тепе-тедік температурасы деп нені атаймыз?

3.андай жаларда бір кйден екінші кйге ту ммкін?

4.Еркін энергияны минимумы нені білдіреді?

5. андай жадайларда балу процессі пайда болады?

Глоссарий:

Алашы кристаллизация- металды сйы немесе газ тріздес кйден кристаллды рылым тзе отырып атты кйге туі.

Кристаллизацияны орталыы (ры)- бл сйытыты салындату кезіндегі атомдарды траты тобы, оларды кейбіреулері лкейіп, суге абілетті болады.

Салындату дрежесі ( Т) - кристаллизацияны тепе-тедік (Тs) жне наты (Тп) температураларыны айырымы.

Кристаллизацияны тепе-тедік температурасы- затты сйы жне атты кйлеріндегі термодинамикалы потенциалдар те болатын температура.

Z = Н – ТS - тепе-тедік кезіндегі затты энергетикалы кйі.

Екінші кристаллизация- атты кристаллды заттан жаа кристаллды жасалуы.

Блиц-тест

1. Кристаллизация процессі бір уаытта жретін екі процесстен трады:

  1. Кристаллдарды жасалуы мен диффузиясы
  2. Кристаллдарды жасалуы мен адсорбциясы
  3. Кристаллдарды тууы мен суі
  4. Кристаллдарды тууы мен алпына келуі

2. Кристаллизацияны тепе-тедік (Тs) жне наты (Тп) температураларыны арасындаы айырым бл:

  1. ыздыру дрежесі
  2. Салындату дрежесі
  3. Кйдіру дрежесі
  4. Кристаллизация дрежесі

3.атты кристаллды заттан жаа кристаллды пайда болуы бл:

  1. Алашы кристаллизация
  2. Екінші кристаллизация
  3. айта кристалдану
  4. Рекристаллизация

4.суге абілетті рыты минимальді лшемі деп

  1. рыты жаа лшемі
  2. рыты критикалы лшемі
  3. рыты суге абілетті лшемі
  4. рыты пайдалы лшемі

5. Металды сйы немесе газ тріздес кйден атты кйге туі деп

  1. Алашы кристаллизация
  2. Екінші кристаллизация
  3. айта кристалдану
  4. Рекристаллизация

 

Негізгі дебиет

1.Лившиц Б.Г. Металлография М, Металлургия, 1990.

2.Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Т., Федорченко И.Н., «Кристаллография, минералогия и рентгенография» М, Металлургия, 1990г.

3.Миловский А.В. «Минералогия и петрография» М, Москва 1979г.

4.Торопов Н.А. , Булак Л.Н. «Кристаллография и минералогия» М, Москва 1972г.

5.Захаров А.М.Диаграммы состояний двойных и тройных систем.М, Металлургия ,1978г.

6.Ермолов В.А. Геология: Учебник .Часть 1.М.МГТУ.2004г

7.ЕрмоловВ.А.Геология,Учебное пособие.Часть5 «Кристаллография, минералогия и геология камнесамоцветного сырья».М.МГТУ.2007г.

8.ЕрмоловВ.А, ПоповаГ.В, МосейкинВ.В.идр.Учебник. «Месторождения полезных ископаемых»М.МГТУ.2007г.

9.ЕрмоловА,ПоповГ.Б,МосейкинВ.В. и др.; Под ред.В.А.Ермолова. Месторождения полезных ископаемых .М.:Изд.МГГУ, 2004год(электр.библ.)

10.Емельянов Н.А. «Практика руководства по минералогии» М, Москва 1972г.

11.Юшко С.А. Руководство для лабораторного исследования руд. Методы лабор. исследования руд.

12.Смагулов Д.У. Металлография: Окулык/ Д.У. Смагулов. - Алматы: КазУТУ, 2007  

 

Дріс 10