Fázisátalakulás Fázisátalakulások diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül)

Átírás

1 ázisátalakulások, P, C változása új (egyensúlyi) állapot Új fázis(ok): stabil, metastabil ázisátalakulás: folyamat, amelynek során a régi fázis(ok)ból új, más szerkezetű (rács, szövet) vagy halmazállapotú fázis(ok) keletkeznek. ázisátalakulások Kristályosodás, megolvadás (halmazállapot változás) Szilárd állapotban végbemenő fázisátalakulások allotróp átalakulás, újrakristályosodás, szegregáció, diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül) 1

2 ázisátalakulások termodinamikai hajtóereje Pl: Színfémek kristályosodása U - S Hajtóerő: Olvadás/dermedés pont 0 (túlhűtés) SzK (nonvariáns) 2

3 Diffúziós fázisátalakulások kinetikája ázisátalakulás (kristályosodás): 1. Csíraképződés, nukleáció (homogén, heterogén) 2. Kristályok növekedése Jelentős anyagtranszport (diffúzió) Homogén csíraképződés (nukleáció) Csíra: gömb (r) V : szabadenergia csökkenés (térfogategységenként) γ: határréteg szabadenergiája (felületegységenként) 3

4 * * * L L r r r r dr r r V V V πγ δ γ γ γ π π δ γ π π δ Kritikus csíraméret Stabil, instabil Aktiválási energia

5 5 ( ) ( ) V V V L L L L L S S L S S U U U U L L U U S S S U S U 1 β α β α β α β α β α β α β α β β β α α α

6 6 úlhűtés nélkül nem lehetséges fázisátalakulás. Lehülési görbe (10-15%) * * * * r L L r δ πγ δ γ

7 Diffúziós fázisátalakulási (kristályosodási) folyamat időbeli lefolyása Mag keletkezési gyakoriság (kristályosodási képesség, nukleációs ráta) Magok növekedési sebessége Szemcseméret (N, G) G kicsi G nagy N kicsi Nagy szemcsék N nagy inom szemcsék 7

8 Átalakult fázis mennyisége: szigmoid görbe y 1 exp( kt Avrami - egyenlet n ) lappangási, inkubációs idő Átalakulás sebessége: r r 1 t 0,5 A exp( Q k ) 8

9 Izotermikus átalakulási diagramok ime - emperature - ransformation () Gyors hűtés, hőntartás: átalakulás kezdete, befejeződése. ermodinamikailag- kontrolált tartomány Diffúzió-kontrolált tartomány. 9

10 Heterogén magképződés Csíraképződési valószínűség inhomogén a térfogatban. Idegen kristálycsírák. Additív hatás. Ötvözet beoltása. úlhűtés mértéke kisebb. 10

11 Szemcseméret hatása a mechanikai tulajdonságokra olyáshatár Hall-Petch egyenlet R e : polikristályos folyáshatár R 0 : egykristályos folyáshatár d: szemcseméret R e R + kd Kifáradási tulajdonságok Alakíthatóság 11

12 Kristályosodási mechanizmusok és formák Poliéderes kristályosodás Dendrites kristályosodás Dendron 12

13 Sugaras (oszlopos dendrites) alakanizotrópia Szferolitos sphero - litos Magnézium, cérium (gömbgrafitos öntvény) 13

14 Allotrópia, polimorfizmus gyensúlyi rácstípus (, P) allotróp átalakulás, allotróp módosulat szilárd - szilárd fázisátalakulás Sn (ónpestis) α Sn (gyémánt rács) β Sn (tetragonális) 13,2 C Bíborpestis (Al-Au) 14

15 e allotróp átalakulásai ferrit - ausztenit tkk fkk (911 C, 1,04 %) 15

16 Újrakristályosodás Képlékeny hideg alakítás + hőkezelés ( homológ > 0,5) Hajtóerő: ponthibák + diszlokációk energiája 1. Megújulás, poligonizáció 2. Újrakristályosodás 3. Szemcsedurvulás 4. Másodlagos újrakristályosodás Újrakristályosodási diagram Ötvözők lassítják (Cottrell) Diszlokációk gyorsítják. Csíraképződés, diffúzió, szemcsenövekedés termikusan aktivált r A exp( Van lappangási idő. De: túlhűtés nem értelmezhető. Nincs C-görbe. Q k ) 16

17 gykristályok előállítása Czochralski (tömeggyártás) Bridgemann (kísérleti) üggőzónás pitaxiális Nagytisztaságú anyagok előállítása Zónás tisztítás 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 Átmérő 300 mm (12-in.) ; hosszúság 1.5 ; tömege 275 kg. (Photograph courtesy of MMC lectronics Intl.) 23

24 Bridgeman módszer 24

25 Problémák: allotróp átalakulás Czochralski:koncentráció változás (olvadék pótlás) diszlokáció sűrűség csökkentése eltérő parciális gőznyomások (pl: GaAs) Bridgemann: koncentráció változás (hosszirányú) hőmérséklet gradiens biztosítása kis átmérő 25

26 Szegregáció jelensége Szegregációs-, megoszlási állandó k C C szilárd olvadék 26

27 Nagytisztaságú anyagok előállítása (zónás tisztítás) 27

28 isztítás van ha: k < 1 öbbszörös zónázás 28

29 KÖSZÖNÖM MGISZLŐ IGYLMÜK Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi gyetem, Anyagtudomány és echnológia anszék MA-BM émtechnológiai Kutatócsoport 1111 Budapest, Bertalan Lajos u. 7. M épület el.: ; ax: mail: matsci@eik.bme.hu 29