Где образуются зародыши твердой фазы при гомогенной и гетерогенной крист0ии металла? Почему термодинамически выгодно образования кристаллов на готовых центрах?

Гомогенизационное зарождение кристаллов – флуктуационное образование зародышей в случайных участках объема чистого расплава.

Гетерогенизационное зародышеобразование – это на готовых подложках, которыми служат нерастворенные частицы и модификаторы. Зарождение на готовой подложке хар-ся меньшим приростом межфазной энергии (поверхностное натяжение), следовательно меньшей работой образования критического зародыша. Межфазная энергия тем меньше, чем больше сходство в расположении атомов и в типе межатомной связи по обе стороны от границы раздела.

Как зависит общее изменение энергии Гиббса от размера кристалла при затвердевании? Какой размер зародыша кристалла наз-ся критическим?

При образовании в расплаве кристалла результирующее изменение энергии Гиббса выразится алгеб­раической суммой:

ΔG =-ΔG_ОБ + ΔG_ПОВ; ΔG= - ΔVg_ОБ + F_у. (2.4)

Чем меньше размер кристалла, тем больше отношение его поверх­ности к объему и, соответственно, больше роль межфазной энергии. При образовании кристалла размером меньше энергия Гиббса возрастает. (+ ΔG). С увеличением размера кристаллика кривая ΔG проходит через максимум. Размер кристалла, соответствующий максимуму ΔG, наз-ют критическим а_КР. Если кристаллик меньше а_КР, то термодинамически неустойчив. Он не способен к самопроизвольному росту, так как при увеличении размера кристаллика энергия Гиббса системы увеличивается; рассасывание такого кристаллика приводит к уменьшению энергии Гиббса и поэтому происходит самопроизвольно. Если же кристаллик размером а_КР или больше, то рост его приведет к уменьшению энергии Гиббса и потому идет самопроизвольно. Следовательно, центрами кристаллизации являются кристаллики размером не меньше некоторой критической величины а_КР.

Почему с увеличением степени переохл-ия при крист-ии размер критического зародыша уменьшается?

Чтобы началась кристаллизация, необходимо переохладить расплав ниже Т₀. Разность ∆G_об является термодинамическим стимулом (движущей силой) кристаллизации. Чем больше степень переохлаждения ∆Т, тем больше ∆G_об.

а_КР – критический размер зерна. а_КР = 4 g / ∆G_ОБ.

На образование критического зародыша затрачивается работа ∆G_КР, т.к. создается поверхность раздела фаз, которая равна: ∆G_КР = 32 g³ / (∆G_ОБ)². При увеличении степени переохл-ия удельная межфазная энергия g практически не меняется, а ∆G_ОБ непрерывно растет, то из формул видно, что критический размер зародыша и работа на его образование уменьшается с увеличением ∆Т.