Растворимость углерода в металлах

[yatcheh]

27.05.2023 в 10:06, podlyinarod сказал:

Подавляющее большинство твердых тел есть твердые растворы.

 

С чего вы это взяли? Из "принципа Менделеева  (в образце любого минерала весового количества содержатся все элементы)?

Изменено 27 Мая, 2023 в 10:29 пользователем yatcheh

[yatcheh]

27.05.2023 в 10:30, dmr сказал:

А перитектики как же , интерметаллиды...?

 

Интерметаталлиды - это, вообще-то, уже химические соединения. А перитектика - граничный случай.

В конце концов, я же не утверждаю, что, кроме эвтектики в мире нет больше ничего - ни Луны, ни звёзд, ни капучино с корицей, ни узбекских металловедов

 

27.05.2023 в 10:36, dmr сказал:

В чем растворим уголёк, он имеет эвтектики на уровне 15-20 молярных процента. 

 

А в чём нерастворим - не имеет? Или её просто не видно? Из-за малой растворимости.

 

27.05.2023 в 10:36, dmr сказал:

При этом эвтектики с металлами почему то разных собственных кристаллических решёток, но диаграммы в целом похожи

 

Эвтектика - это смесь фаз. И одной фазе нет никакого дела до решётки другой фазы.

 

Изменено 27 Мая, 2023 в 10:30 пользователем yatcheh

[бродяга_]

Скрытый текст

Распространенность фрактальных структур в природе невообразима. Фракталь- ны пористые минералы и горные породы; расположение ветвей, узоры листьев, капиллярная система растений; кровеносная, нервная, лимфатическая и др. системы в организмах животных и человека; реки, облака, линия морского побережья, горный рельеф и многое другое. Мало того, фрактальны практически все поверхности твердых тел. В последнее время появляются теории фрактального строения и принципов развития Вселенной, физического вакуума и много других разнообразных теорий. Возникает естественный вопрос (не что делать или кто виноват) - как рассчитать фрактальную размерность реальных природных объектов или субъектов.

К настоящему времени разработано довольно много методов измерения фрактальной размерности, которые можно разделить на геометрические (метод островов среза, Фурье анализ профилей, метод вертикальных сечений, метод подсчета числа ячеек и пр.) и физические, связанные с использованием на первой ступени сложной физической аппаратуры (ртутная порометрия, растровая электронная и просвечивающая электронная микроскопии, атомно-силовая микроскопия, вторичная электронная эмиссия, малоугловое рассеяние электронов и нейтронов и т.д.). Получаемая с помощью физических методов информация о характеристиках объекта носит косвенный характер и требует дополнительной обработки и осмысления, поэтому физические методы особой популярностью не пользуются.

Геометрические методы можно также условно разбить на два направления. Первое направление занимается непосредственным измерением фрактальной размерности собственно самой фрактальной структуры. Второе направление моделирует реальную фрактальную структуру с помощью известных математических структур или регулярных фракталов, фрактальная размерность которых уже известна и приписывает изучаемой фрактальной структуре характеристики структуры-модели.

Метод настолько же удобен, насколько неадекватен.

Разработано множество модельных механизмов формирования фрактальных структур и кластеров. Это во многом связано с развитием и все более широким внедрением вычислительной техники. Проведено огромное количество численных экспериментов, в которых выявлялись закономерности фрактальной природы реальных объектов на основе модельных механизмов. Среди моделей агрегации следует выделить модель агрегации, ограниченной диффузией (DLA или ОДА), модель ограниченной диффузией кластерной агрегации (DLCA - ОДКА) и модель кластер-кластерной агрегации (ССА - ККА).

Многие реальные физические процессы хорошо описываются ОДА - моделью. Это прежде всего электролиз, кристаллизация жидкости на подложке, осаждение частиц при напылении твердых аэрозолей. В компьютерном моделировании ОДА-

 

процесса на начальном этапе в центре области устанавливается затравочное зерно, затем из удаленного источника на границе области поочередно выпускаются частицы, которые совершают броуновское движение и в конечном итоге прилипают к неподвижному зерну. Таким образом происходит рост ОДА - кластера.

При помощи ККА - процесса моделируются гелеобразование и формирование связанно-дисперсных систем. В этом процессе нет затравочного зерна. Все частицы совершают случайные блуждания и образуют кластеры, которые продолжают диффундировать, формируя кластеры больших размеров. В пределе система может превратиться в один гигантский кластер.

Традиционные методы геометрии, широко используемые в естественных науках, в том числе в материаловедении и механике деформируемых тел, основаны на приближенной аппроксимации структуры исследуемого объекта геометрическими фигурами, например линиями, отрезками, плоскостями, многоугольниками, многогранниками, сферами. При этом внутренняя структура исследуемого объекта обычно во внимание не принимается, а процессы образования структур и их взаимодействия между собой и с окружающей средой характеризуются интегральными термодинамическими параметрами.

Это приводит к утрате значительной части информации о свойствах и поведении исследуемых систем, которые, в сущности, заменяются более или менее адекватными моделями. В некоторых случаях такая замена вполне оправдана. В то же время, известны ситуации, когда использование топологически неэквивалентных моделей принципиально недопустимо.

В металлических материалах и сплавах существуют ячеистые или зернистые микроструктуры, чаще всего нанокристаллические. Они могут иметь фрактальный или нефрактальный характер. В развитых фрактальных структурах, образовавшихся в условиях самоорганизации и различных физических процессах возникает конкуренция нескольких центров за доминирование на плоскости или в объеме. В результате такого соперничества редко возникают простые границы между территориями. Чаще происходит взаимопроникновение структур и их конкуренция за самые незначительные участки территории, что приводит к деформации и искажению нормальной структуры границы. Пограничные области в большей или меньшей мере неоднородно и непредсказуемо зависят от условий, характеризующих изучаемый процесс.

Может возникнуть и большее число конкурентов, что особенно характерно для неоднородных фракталов и их структур. Может случиться, что один центр захватит всю локальную область и полностью на ней доминирует, но и в этом случае его доминирующее положение ограничено. Подобного рода границы могут быть описаны исключительно фрактальной геометрией. Инструментом для описания подобных объектов служат фрактальные множества. Расчет фрактальной размерности и других характеристик реальных объектов немыслим без применения современной компьютерной техники и компьютерных технологий.

В зависимости от размера объекта (фрактального агрегата) его изображение можно получить фотографированием в обычном оптическом, электронном растровом или просвечивающем микроскопе, сканирующем туннельно-зондовом или атомно-силовом микроскопе (три основные ступени увеличения исследуемого объекта). Дальнейший анализ изображения для получения фрактальных характеристик сводится к тому, что поле изображения фотографии разбивается на конечное число элементов, в простейшем случае квадратиков или пикселей.

Яркость изображения в пределах каждого элемента считается одинаковой. Минимальный размер изображения определяется разрешающей способностью аппаратуры, что, в свою очередь, определяет качество фрактального анализа.

Оптимальным является случай, когда размер элемента изображения соответствует размеру частицы р, из которых затем образуется фрактальный агрегат. Размер кадра или области сканирования должен приблизительно соответствовать размеру фрактального агрегата. Число дискретных элементов изображения должно быть достаточно большим, чтобы масштабную инвариантность можно было проверить в достаточно широком диапазоне размеров. Поэтому желательно производить анализ структуры на всех трех уровнях, от оптической микроскопии по всем ступеням ее возможностей - до атомно-силовой.

В тех случаях, когда фрактальные свойства проявляются на масштабах, не превышающих 1 мкм, для измерений можно использовать излучение с короткими длинами волн - рентгеновское или глубокий (вакуумный) ультрафиолет.

Геометрический метод весьма эффективно используется для природных ломаных форм типа описания броуновского движения. Его использовали, чтобы вычислить размерности побережий, границ и облаков, микропористых структур и наноразмерных частиц.

Метод подобия и геометрический метод для вычисления фрактальной размерности требуют измерения размера. Самым простым способом является разбиение изображения объекта (микрофотографии или схемы границ) посредством координатной сетки на квадраты или пиксели, с размером стороны h. Современная компьютерная техника позволяет это делать практически с любой точностью. Вместо нахождения точного размера фрактала, производится подсчет числа клеток, которые не пусты. Приравняем к этому числу переменную N. Уменьшение клеток делает подсчет более точным, что равносильно увеличению. Фактически увеличение е является равным 1/h. Тогда формулу для фрактальной размерности:

 

[podlyinarod]

27.05.2023 в 11:37, Arkadiy сказал:

обычно образуется две кристаллические фазы, притом весьма чистые по составу

В компьютере, которым вы пользуетесь, все активные элементы сделаны на твердых растворах замещения.

27.05.2023 в 13:13, yatcheh сказал:

С чего вы это взяли? Из "принципа Менделеева  (в образце любого минерала весового количества содержатся все элементы)?

А разве он неверен?

[yatcheh]

27.05.2023 в 16:31, podlyinarod сказал:

В компьютере, которым вы пользуетесь, все активные элементы сделаны на твердых растворах замещения.

 

Тут надо договориться о терминах. Твёрдый раствор - это термодинамически стабильная фаза (имеющая локальный минимум энергии), где сохраняются параметры кристаллической решётки чистого "растворителя". А вы толкуете о фазах внедрения, где выполняется только второе условие (да и то локально нарушается). Термодинамически эти фазы, в общем случае, нестабильны. 

 

[podlyinarod]

27.05.2023 в 18:19, yatcheh сказал:

Твёрдый раствор - это термодинамически стабильная фаза (имеющая локальный минимум энергии), где сохраняются параметры кристаллической решётки чистого "растворителя". А вы толкуете о фазах внедрения

Цитата

По существу, все кристаллические вещества, считающиеся чистыми, представляют собой твёрдые растворы с очень малым содержанием примесей.

........

Различают три вида твёрдых растворов:

• твёрдые растворы замещения;
• твёрдые растворы внедрения;
• твёрдые растворы вычитания.

Согласно полуэмпирическим правилам Юм-Розери^[1], непрерывный ряд твёрдых растворов замещения в металлических системах образуются лишь теми элементами, которые, во-первых, имеют близкие по размерам атомные радиусы (отличающиеся не более чем на 15 %) и, во-вторых, находятся не слишком далеко друг от друга в электрохимическом ряду напряжений. При этом элементы должны иметь один и тот же тип кристаллической решётки. В твёрдых растворах на основе полупроводников и диэлектриков, благодаря более «рыхлым» кристаллическим решёткам образование твёрдых растворов замещения возможно и при большем различии атомных радиусов.

Если атомы компонентов существенно различаются по размерам или электронной структуре, возможно внедрение атомов одного элемента в междоузлия решётки, образованной другим элементом. Подобные твёрдые растворы часто образуются при растворении неметаллов (B, H₂, O₂, N₂, C) в металлах^[2].

Твёрдые растворы вычитания, возникающие за счёт появления в кристаллической решётке вакантных узлов, образуются при растворении одного из компонентов в химическом соединении и характерны для нестехиометрических соединений.

Природные минералы часто представляют собой твёрдые растворы (смотрите Изоморфизм в кристаллах). Образование твёрдых растворов при легировании элементов и соединений имеет большое значение в производстве сплавов, полупроводников, керамики, ферритов.

Твёрдые растворы — основа всех важнейших конструкционных и нержавеющих сталей, бронз, латуней, алюминиевых и магниевых сплавов высокой прочности. Свойства твёрдых растворов регулируют их составом, термической или термомеханической обработкой. Легированные полупроводники и многие сегнетоэлектрики, являющиеся основой современной твердотельной электроники, также являются твёрдыми растворами.

(неавторитетный источник: Википедия )

 

 

[yatcheh]

27.05.2023 в 18:23, podlyinarod сказал:

 

 

Всё это совершенно верно. Вопрос упирается только в число ангелов на кончике иглы - дозволительно ли называть "раствором" перегретый раствор тиосульфата натрия в воде, или это всё-таки "перегретый раствор", сиречь - "метастабильная фаза"?

[Lеоnid]

В 27.05.2023 в 18:34, yatcheh сказал:

Всё это совершенно верно. Вопрос упирается только в число ангелов на кончике иглы - дозволительно ли называть "раствором" перегретый раствор тиосульфата натрия в воде, или это всё-таки "перегретый раствор", сиречь - "метастабильная фаза"?

Танец злобного гения

На страницах произведения (с)

[podlyinarod]

27.05.2023 в 18:34, yatcheh сказал:

дозволительно ли называть "раствором" перегретый раствор тиосульфата натрия в воде, или это всё-таки "перегретый раствор", сиречь - "метастабильная фаза"?

А если это вообще какой-нибудь тринитротолуол!..

[yatcheh]

27.05.2023 в 19:56, podlyinarod сказал:

А если это вообще какой-нибудь тринитротолуол!..

 

Да зачем в такие крайности бросаться. Есть чистейший пример метастабильной фазы высокой энергии без всяких химических реакций - "батавские (они же - богемские) слёзки". Каплевидной формы стекляшки, которые нехило взрываются, если им обломать хвостик. А всего-то - нарушены параметры упаковки атомов относительно термодинамически стабильной фазы