Vznik
nové fáze
Vznik nové fáze je definován
posuven reprezentativního
bodu celkového složení, tlaku a
teploty soustavy ve fázovém
diagramu. Soustava se tak
dostává do nerovnovážného
stavu.
Krystalizace solí v důsledků
přesycení
Metody vytvoření přesycení roztoku
Nanočástice PS 2012 3
Stupeň
přesycení
S=c/c*
c*….fázová
hranice
(rozpustnost)
Relativní
přesycení
σ=S-1 =c/c*-1
=∆c/c*
Rel. přesycení lze
určovat i v %)
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-66322001000400007
(Odvod tepla)
(vysolování)
Adiabatické děje
Hnací síly vzniku nové fáze
4
http://www.sciencedirect.
com/science/article/pii/S0
925838808002934
Přesycení
(fázová přeměna)
Reakční energie (chemická
reakce)
Kondenzace na
chladném substrátu
Změna reakční Gibbsovy
energie
Není hnací síla
je hnací síla
Termodynamika vzniku nové fáze
Snížení G
Povrchová energie kulovitého precipitátu
Nukleační zóna
Složka A
SložkaB
Pozice
hranic se
mění s
teplotou
Amorfní
(skla)
http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/cp/c2cp40703e
Pěstování
krystalů
Extrémní nukl. batiéra
1.0
Vložené zárodky rostou
(očkování)
Samovolná homogenní
nukleace
Roztok
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_artte
xt&pid=S0104-66322001000400007
G = Growth Rate
kg = growth constant
g = growth order
B = Nucleation Rate
kb = nucleation constant
b = nucleation order
ΔC = supersaturation
Stupeň přesycení S=c/c*
Rychlost růstu a rychlost nukleace
Kontrolováno difúzí
(Dn) nebo růstem
rozhraní (Rn)
Kontrolováno
exponencielně
(distribuce lokální
energie).
(Teplota má vliv na G a B, tím i na velikost krystalů)
10
Nukleace a růst
Cesta A: např. oxidace povrchových vrstev,
cesta B např. vznik hydridů v Zr slitinách
Kontrolováno difúzí
(Dn) nebo růstem
rozhraní (Rn)
Kontrolováno
nukleací, difúzí a
růstem (An)
Kinetika vzniku tuhé fáze (krystalů)
z přesyceného roztoku
• Příprava
nasyceného
roztoku při vyšší
teplotě.
• Rychlé ochlazení
• Počátek a konec
homogenní
nukleace.
• Růst až do
dosažení hranice
rozpustnosti.
• Hrubnutí a
sintrace
Role
povrchové
energieRole
difúze
Rychlost transformace
= rychlost difúze + rychlost nukleace
Termodynamic
ká hnací síla
Nukleační
bariéra
rychlost
difúze
rychlost nukleace
Nehomogenní
+homogenní
Transformační teplota
Rychlost fázové transformace
Perlit (eutektoidní ocel)
Perlit: lamely cementitu a feritu
Nukleační zona
TTT
křivky
Rozsah
fázové
transformace
Bainit: cementite and
dislocation-rich ferrite
Martenzitická
transformace
(při kalení)
Ideal TTT-curve for 0,65% carbon steel depicting time interval required for
beginning, 50% and 100% transformation of austenite at a constant temperature
A= Austenite F= Ferrite P = Pearlite B = Bainite
Martenzit: teragonální FCC
mřížka přesycena uhlíkem
Role reálné rychlosti
ochlazení
Tepelné
zpracování
ocelí
1. Spinodální rozpad –fázová přeměna bez nukleace
23
Spinodální rozpad
(fázová přeměna)
CR-NiNáhodná fluktuace
Motiv ve FD:
Koncentrační profil při
spinodálním rozpadu:
Není nutné nukleační stádium
Spontální oblast
nespontální oblast
(nukleace je nutná)
Oblast nukleace a spinodálního rozpadu
Schematic phase diagram for the NM–EG mixture, showing the different quench pathways
employed in this study. (I) Proposed pathway for the formation of bridged bijels through
combined spinodal decomposition and nucleation and growth. (II) Off-critical quench in a
NM-rich mixture. (III) Off-critical quench in an EG-rich sample.
EG… ethylenglykol
NM… nitrometan
(hořlavý karcinogenní)
http://pubs.rsc.org/-/content/articlehtml/2013/sm/c3sm00130j
3. Nukleace a růst
25
Schematic illustration of nucleation and
growth mechanisms Cu based on
LaMer's model: (a) mechanism for
polydisperse particles and (b)
mechanism for monodisperse particles.
http://www.sciencedirect.com/science/ar
ticle/pii/S0021979707003207
Nukleační
rychlost (je
funkcí přesycení,
které při
nukleaci klesá
Vhodný průběh
nukleační
rychlosti.
Např.: Podchlazený
rozroku
Fázové přeměny Chemické reakce
Trigering
monodisperzita
polydisperzita
Homogenní a heterogenní nukleace z liquidu
http://www.matter.org.uk/matscicdrom/manual/nu.html
driving force for solidification, ∆Gv exists below the equilibrium
melting temperature, Tm and that this is approximately proportional
to the degree of undercooling ∆T:
Homogenní nukleace:
Heterogenní nukleace:
θ..úhel smáčení
Snížené energetické bariéry
Homogenní a heterogenní nukleace v tuhém stavu
http://pruffle.mit.edu/~ccarter/3.21/Lecture_25/
Interfacial structure for (a) coherent and (b)
semicoherent interfaces between matrix phase
and particle phase . Smaller dislocation symbols
represent coherency dislocations and larger ones
in (b) represent anticoherency dislocations.
Reálné podmínky
Způsoby překonání nukleační bariéry
Metody usnadňující dosažení rovnovážného stavu
http://www.photon-hammer.com/gallery.php
http://www.specialchem4polymers.com/tc/polyolefin-
nucleators/?id=principle
Očkováníí
Faktory ovlivňující růst nové fáze
Diskuse
Kovová skla
Magnetická levitace
34
Metalurgická magie
http://io9.com/5831683/a-brief-history-of-the-ancient-science-of-sword-making
The Legend of
Damascus Steel
Kalící trhlina