Kristallaşma mexanizmi

Kristallaşma mexanizmi

Tutaq ki, iki komponentdən ibarət, bərk halda qarşılıqlı həll olmayan və bir –biri ilə kimyəvi birləşmə əmələ gətirməyən, maye halında qeyri- məhdud həll olunma qabiliyyəti olan sistem mövcuddur. Bəzi yaxınlaşmalarla belə bir sistem kimi Pb – Sb sistemini götürürük (faktiki olaraq bu metallar bərk halda məhdud həll olandır). Fərz edək ki, bu iki komponentdən ibarət xeyli metal ərinti vardır; bu ərintilərin kristallaşması prosesini soyuma əyriləri ilə müşahidə edək (şəkil 3).

Şəkil 3. Pb – Sb ərintisinin soyuma əyriləri.

Ərinti Başlanğıc t_b , ^oC t_s, ^oC kristallaşma temperaturu

100% Pb 327^o 327

95%Pb+5%Sb 300 246

90%Pb+10%Sb 260 246

87%+13%Sb 246 246

75%+25Sb 340 246

Şəkil 3.a saf qurğuşuna aid soyuma əyrisidir. 327^oC – dən yuxarı temperaturda Pb, maye halında olur. 327^oC –də kristallaşma başlayır və 327^oC –dən aşağı temperaturda Pb kristal halında olur. Ardıcıl olaraq Pb – un soyuma əyrisində 0 –1 parçası mayenin soyumasına, 1 –1¹ –kristallaşma parçası və 1¹ –2 bərk cismin soyuma parçasına uyğun gəlir.

Şəkil 3.b. 95%Pb və 5%Sb ibarət ərintinin soyuma əyrisidir. Kristallaşma 327^oC – dən aşağı temperaturda başlayır (1 nöqtə) və dəyişən temperaturlarda (1 –2 nöqtələr) davam edir, sonra 246^oC –də qalıq maye sabit temperaturda (soyuma əyrisinin 2 –2¹ parçası) kristallaşır. 1 –2 parçasında, yəni dəyişən temperaturda mayedən qurğuşun kristalları ayrılır. Bu fazalar qaydasına uyğun olaraq sərbəstlik dərəcəsi c = 1 olur. Baxılan halda komponent 2, fazalar 2 (maye və Pb kristalları) olduğundan

Eyni zamanda Sb və Pb kristallaşması sabit temperaturda (2 -2¹ parçasında) baş verməlidir, belə ki, baxılan halda bu temperaturda 3 faza (maye, Sb və Pb kristalları) olduğundan sərbəstlik dərəcəsi

olur

Belə ki, 1 –2 kristallaşma əyrisində mayedən fasiləsiz olaraq Pb ayrılır, mayedə isə kristallaşma dərəcəsindən asılı olaraq Pb sürmə ilə zənginləşir. Əgər Pb kristallaşmasının başlanğıc momentində (1 nöqtə) tədqiq olunan mayenin tərkibində 5% Sb, 2 nöqtədə isə yəni Sb və Pb kristallaşması momentində (birgə), Sb –nin miqdarı 13% olur.

1 nöqtə -kristallaşmanın başlanğıcına uyğun gələn nöqtə - likvidus, 2 nöqtə - kristallaşmanın son nöqtəsi – solidus adlanır.

10%Sb olan ərintidə (Şəkil 3.v.) kristallaşma eynən 5%Sb – da olduğu kimidir, ancaq daha aşağı temperaturda başlayır. Pb və Sb birgə kristallaşması əvvəlki ərintidə olduğu kimi eyni temperaturda başlayır və mayedə ilkin kristallaşma momentində Pb və Sb –nin konsentrasiyası eyni olmaqla 13% Sb və 87% Pb təşkil edəcəkdir.

Əgər 13% Sb və 87% Pb konsentrasiyalı ərintini nəzərdən keçirsək görərik ki, meyedən eyni temperaturda və eyni anda hər iki növ kristal, əvvəlcədən Pb kristalları ayrılmadan ayrılmağa başlayır (Şəkil 3.q).

Nəhayət, Sb konsentrasiyası 13% - dən yuxarı (25%) olduğu ərintidə ilk öncə Sb ayrılmağa başlayır (şəkil 3.d) və ərintidə sürmənin ayrılmasına müvafiq olaraq Pb –la zənginləşəcəkdir; onda ərinti kristallaşmada 246^oC –dək soyur, mayedə Sb konsentrasiyası 13% olur və birgə kristallaşma hər iki növ kristal üçün başlayacaqdır.

Əgər biz tapılmış temperaturları diaqramda atsaq (temperatur və konsentrasiya-dan ibarət koordinat sistemində) və likvidus nöqtələrini bir xətlə, solidus nöqtələrini isə digər xətlə birləşdirsək – hal diaqramını əldə etmiş olarıq (Şəkil 4).

Likvidus nöqtələrinin həndəsi yeri –likvidus xətti, solidus nöqtələrinin yeri-solidus xəttidir. Likvidus xəttindən yuxarıda ərinti maye halında, solidus xəttində aşağıda isə - bərk halda olur.

Konsentrasiya, %Sb

Şəkil 4. Pb – Sb ərintisinin hal diaqramı.

İki komponent maye halında məhdudiyyətsiz olaraq həll olandır, ancaq bərk halda isə həll olmur və kimyəvi birləşmə əmələ gətirmir.

Komponentlər: A və B (k=2)

Faza: maye L, kristal – A və kristal B (maksim. qiymət f = 3); Diaqramın ümumi görünüşü aşağıdakı kimidir (Şəkil 5):

Şəkil 5. I – III ərintilərin kristallaşması baxımından hal diaqramı.

ACB xətti likvidus, DCE xətti isə solidusdur. AC xəttində (soyumada) A komponentinin kristalları ayrılmağa başlayır, CB xəttində isə B kristalları. DCE xəttində C konsentrasiyalı mayedən eyni zamanda A və B kristalları ayrılmağa başlayır.

Əgər hər hansı bir ərintini götürsək, məsələn I onda sayuma əyrisi Şəkil 6 kimi olacaqdır.

Şəkil 6. Soyuma əyriləri: a – evtektikaya qədər olan ərinti;

b – evtektik ərinti.

Bu əyridə 0 –1 sahəsi maye ərintinin soyumasına, 1 –2 –A kristallarının ayrılma-sına, 2 –2¹ – A və B kristallarının birgə ayrılmasına və 2¹ –3 –bərk cismin soyuması-na uyğun gəlir.

İki növ kristaldan (daha çox) ibarət mexaniki qarışığın eyni zamanda mayedən kristallaşmasına – evtektika deyilir.

I ərinti – evtektikaya qədər olan;

II ərinti – evtektik ərinti;

III ərinti – evtektikadan sonrakı ərintidir.

Kristallaşma prosesində fazaların konsentrasiyası və hər bir fazanın miqdarı də-yişir. Əgər ərintidə iki faza eyni zamanda mövcud olarsa onda diaqramın istənilən nöqtəsində hər iki fazanın və onların konsentrasiyasının təyini mümkündür. Bunun üçün parçalar qaydasından istifadə olunur.

(a) K ərintisinin t, temperaturunda vəziyyətini göstərən a nöqtəsində (Şəkil 7) ərinti B kristallarından və mayedən ibarətdir. e nöqtəsindən yuxarıda ərinti bir fazalı vəziyyətdə olur və bu fazada komponentlərin konsentrasiyası e nöqtəsinin proyeksi-yası ilə təyin edilir. Soyuma zamanı ərintidən B kristalları ayrılır və mayenin tərkibi A komponentlərinin artması istiqamətində dəyişir. t₁ temperaturunda B komponenti-nin mayedəki konsentrasiyası b nöqtəsinin proyeksiyası ilə təyin edilir; bu B kom-ponentinin t₁ temperaturunda maksimal miqdarı ola bilər. Evtektik temperaturlu maye evtektik konsentrasiyalı olur. K ərintisinin soyumasında mayenin konsentrasiyası lc əyrisi üzrə dəyişir. Ayrılan B kristalları sabit tərkibli olub - təmiz B komponentidir və onun konsentrasiyası şaquli BB oxu üzrədir.

Şəkil 7. Hal diaqramı (parçalar qaydasının tətbiqi üçün).