Кристаллизация металлов из жидкого состояния

Всякое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Газ Жидкость Твердое тело

В газах отсутствует закономерность в расположении частиц. Твердые кристаллические тела имеют правильное строение, при котором атомы и ионы находятся в узлах кристаллических решеток (ближний порядок), а отдельные ячейки и блоки определенным образом ориентированы по отношению друг к другу (дальний порядок). В жидком металле атомы не расположены хаотично, как в газообразном состоянии, и в то же время в их расположении нет той правильности, которая характерна для твердого кристаллического тела. В жидкостях определенная ориентировка распространяется лишь на небольшое число атомов, образующих так называемые флуктуации. Таким образом, для жидкостей характерен только ближний порядок расположения атомов.

Переход металла из жидкого состояния в твердое при определенной температуре называется кристаллизацией.

Вследствие интенсивного теплового движения атомов ближний порядок динамически неустойчив. При охлаждении жидкости подвижность атомов падает, и вблизи температуры плавления образуются группировки атомов, в которых атомы упакованы, как в кристаллах. Эти группировки являются центрами кристаллизации или зародышами. Такие микрообъемы с правильным расположением атомов, возникнув, могут существовать некоторое время, затем рассасываться и возникать вновь в другом элементарном объеме жидкости. С понижением температуры степень ближнего порядка и размер таких микрообъемов возрастают. Итак, при температурах, близких к температуре плавления, в жидком металле возможно образование небольших группировок (их называют фазовыми флуктуациями), в которых атомы упакованы так же, как и в кристаллах.

Далее происходит рост зародышей в результате перехода атомов из переохлажденной жидкости к кристаллам. Кристалл растет послойно, при этом каждый слой имеет одноатомную толщину.