Уникальность
Реферат на тему: Изменение свойств расплавов при кристализации и стекловании
Аа
29193 символов
Категория
Металлургия
Тип работы
Реферат

Изменение свойств расплавов при кристализации и стекловании

Введение

Аморфные твердые тела в последние годы привлекают значительное внимание физиков, работающих в области как фундаментальных исследований, так и прикладных разработок. Отсутствие дальнего порядка во взаимном расположении атомов является определяющим признаком аморфных тел.
Такие системы характеризуются, с одной стороны, отсутствием дальнего порядка, т.е. строгой периодичности расположения атомов в микрообъеме, с другой - наличием ближнего порядка, т.е. упорядоченным распределением координат ближайших соседей для любого атома. Отсутствие дальнего трансляционного порядка часто приводит к изменению свойств, которые трудно или невозможно получить в твердом теле с кристаллической структурой. Некоторые из этих свойств оказались очень важными как для практического применения, так и для научного осмысления явления атомного беспорядка.
Обычно понятие “стекло” определяется не просто как материал, а как некоторое особое состояние твердого тела, стеклообразное состояние, противопоставляемое кристаллическому. Известно, что одно и то же вещество может быть газообразным, жидким и кристаллическим. Для каждого такого состояния характерна своя группа специфических признаков.
В настоящее время известно, что в стеклообразное состояние можно перевести вещества различной природы. Это и расплавы ряда чистых оксидов и их смесей в бесчисленных вариантах, и солеобразные расплавы - халькогенидные, галогенидные, нитратные и др. В стеклообразном состоянии легко могут быть получены и многие органические вещества. Стекла легко образуются водными растворами многих солей и их смесей. В последнее десятилетие стали известны металлические стекла, полученные особо быстрым охлаждением сплавов разных металлов. Таким образом, в стеклообразном состоянии могут находиться вещества самого разного химического типа, с самыми разными видами химических связей - ковалентных, ионных, металлических - и разнообразными физико-химическими свойствами.


1. Кристаллизация и стеклование
При достаточном сближении частиц между ними возникают силы взаимодействия. Независимо от природы этих сил, общий характер их остается одинаковым (рис.1, а): на относительно больших расстояниях возникают силы притяжения Fпp, увеличивающиеся с уменьшением расстояния между частицами г (кривая 1); на небольших расстояниях возникают силы отталкивания F0Tt которые с уменьшением г увеличиваются значительно быстрее, чем Fот (кривая 2). Так, для ионных кристаллов Fuр ∼ 1 /г2, a Foт∼ 1/г9. На расстоянии r = r0 силы отталкивания уравновешивают силы притяжения и результирующая сила F обращается в нуль (кривая 5). Так как F =- ∂U/dr, где U — энергия взаимодействия частиц, то при г = г0 величина U достигает минимального значения, равного — UCB (рис. 1,6). Поэтому состояние частиц, сближенных на расстояние r0, является состоянием устойчивого равновесия, вследствие чего под влиянием сил взаимодействия частицы должны были бы выстраиваться в строгом порядке на расстоянии r0 друг от друга, образуя тело с правильной внутренней структурой.

Рисунок 1-Зависимость силы взаимодействия (а) и потенциальной энергии взаимодействия атомов (б) от расстояния между ними: 1— сила притяжения:2 — сила отталкивания: 3 — результирующая сила взаимодействия; Uсв — энергия связи
Однако помимо потенциальной энергии взаимодействия частицы обладают кинетической энергией теплового движения, стремящегося разрушить порядок в их расположении. Состояние и свойства вещества определяются относительной ролью этих двух факторов. В газообразном состоянии расстояния между частицами столь велики, что силы взаимодействия между ними практически не проявляются. Поэтому в промежутках между столкновениями, носящими случайный характер, частицы ведут себя фактически как свободные, совершая хаотическое поступательное движение. Фиксированных положений равновесия они не имеют.

Рисунок 2- Расположение частиц в жидкостях (а) и твердых кристаллических телах (б); штриховой линией очерчены ячейки, включающие частицы
В жидкостях, плотность которых примерно на три порядка выше плотности их насыщенных паров, расстояния между молекулами г уменьшаются, а силы взаимодействия увеличиваются настолько, что молекулы не могут свободно перемещаться в пространстве: каждая молекула оказывается как бы заключенной в ячейку, созданную соседними молекулами, в которой, она совершает беспорядочные колебания около временных положений равновесия (рис. 2, а). Обозначим период этих колебаний т0, а высоту потенциального барьера, который создает для данной молекулы ее окружение, U. Вероятность, того, что эта молекула приобретает энергию теплового движения, достаточную для преодоления потенциального барьера и перехода в новое положение равновесия, равна exp (— U/kT), где k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура. За единицу времени колеблющаяся молекула «подходит» к барьеру v0 = 1/τ0 раз. Умножая это число на вероятность exp (— U/kT), получаем среднее число переходов молекулы из одних положений равновесия в другие в единицу времени; v = (1/т0) ехр (— U/kT). Величина т, обратная v, выражает среднее время «оседлой жизни» молекулы, которое она проводит, колеблясь около данного положения равновесия:
τ=τ0exp⁡(UkT)
Для простых жидкостей, таких, например, как расплавленные металлы, τ≈ 10-10 с; τ0 ≈1013 с. Следовательно, около каждого положения равновесия молекула совершает примерно 103 колебаний, затем переходит в новое положение равновесия и т. д.
Подобных переходов она делает ≈1010 в секунду, что приводит к интенсивному блужданию ее по всему объему жидкости. Это блуждание и обусловливает основное свойство жидкости — текучесть, за количественную меру которой принимают вязкость η. Приведенные рассуждения показывают, что вязкое течение жидкостей является типичным активационным процессом, протекающим с энергией активации U. Обычно эту энергию относят к молю вещества и выражение записывают так:
τ=τ0exp⁡(UaRT)
где Ua — энергия активации; R — универсальная газовая постоянная.
При понижении температуры и переходе вещества в твердое состояние расстояния между молекулами еще несколько уменьшаются и энергетически выгодной становится перестройка частиц с образованием правильной структуры, в которой каждая из частиц оказывается заключенной в ячейке постоянных размеров и постоянного расположения (рис. 2, 6). Так как такая структура является более плотной, то потенциальный барьер, окружающий частицу, повышается по сравнению с жидким состоянием. Вместе с понижением температуры это приводит к тому, что частота перехода частиц из ячейки в ячейку резко падает. Частицы фактически закрепляются в определенных положениях равновесия, совершая около них колебания с частотой v≈1013-1014 c-1, и только время от време¬ни (примерно раз в течение нескольких суток) могут переходить из одной ячейку в другую.
Со структурной точки зрения эти три состояния вещества различаются порядком расположения частиц друг относительно друга — своей внутренней структурой.
Твердому кристаллическому состоянию присуще наличие так называемого дальнего порядка, т. е. строгой повторяемости в любых направлениях, например АА, ВВ и т. д., одного и того же элемента структуры—атома, группы атомов или молекул (рис. 1.2, б). Геометрически такая строгая периодичность описывается заданием кристаллической решетки. В физическом отношении тела с подобной структурой в общем случае анизотропны—их свойства зависят от направления в решетке.
Для жидкого состояния характерно отсутствие дальнего порядка, но наличие так называемого ближнего порядка — некоторой взаимоупорядоченности в расположении элементов структуры (рис

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

Автор работы
4.9
Андрей Машков
Металлургия
419 заказов
Образование
Рекламная площадка позиционирует маркетинг. Имидж охватывает ребрендинг. Выставочный стенд тормозит сублимированный анализ зарубежного опыта.
Отзывы
14.01.2022
Все выполнено точно в срок !
обратиться
Больше отзывов
Статьи по теме
Больше рефератов по металлургии:

Раскисление стали углеродом в вакууме

Аа
27832 символов
Металлургия
Уникальность

Риски при эксплуатации металлургического оборудования

Аа
84265 символов
Металлургия
Уникальность

Основные виды разрушения металлов. Хладноломкость

Аа
26029 символов
Металлургия
Уникальность
Все Рефераты по металлургии
Закажи реферат

Наш проект является банком работ по всем школьным и студенческим предметам. Если вы не хотите тратить время на написание работ по ненужным предметам или ищете шаблон для своей работы – он есть у нас.