5.0 Krystalizace

Články na webu » Seminární práce » 5.0 Krystalizace

KRYSTALIZACE

ÚVODEM

Využití skelných a sklokeramických materiálů je velmi rozšířené a pro jejich přípravu i využití je znalost kinetiky krystalizace důležitá. Krystalizace je proces vedoucí k přeuspořádání struktury taveniny během chlazení nebo amorfního materiálu během ohřevu do pravidelné a uspořádané struktury.

Celý proces krystalizace se dá rozdělit do tří částí:
• Nukleace
• Růst
• Vyzrávání.

NUKLEACE (HOMOGENNÍ A HETEROGENNÍ)

Nukleace je proces tvorby krystalizačních zárodků a může probíhat dvěma mechanismy:
• Homogenní nukleace (zárodky jsou tvořeny náhodně, v celém objemu o stejném složení a celkový počet narůstá s časem)
• Heterogenní nukleace (krystalizace začíná na již existujících nukleačních centrech – typicky existující krystal nebo cizorodá pevná částice, počet nukleí je konstantní a s časem se dál nemění).

RŮST KRYSTALŮ, OVLIVNĚNÍ RYCHLOSTI RŮSTU

Jak bylo uvedeno výše, znalost růstu krystalů z taveniny (případně podchlazené taveniny) a efektů, které mohou tento proces ovlivnit, je důležitá pro popis krystalizačního procesu. Růst krystalů závisí na procesech ovlivňujících jeho rychlost, na mechanismu zabudovávání strukturních jednotek, na povaze rozhraní kapalina/krystal a dalších podmínkách.
Mezi základní faktory ovlivňující rychlost růstu krystalů patří:
• Difúze v tavenině (pro difúzi na dlouhou vzdálenost je závislost velikosti růstu na druhé odmocnině času lineární, pro difúzi na krátkou vzdálenost závislost velikosti krystalů na čase lineární)
• Odvádění latentního tepla z povrchu krystalu (v tomto případě dochází díky pomalému odvádění tepla od rozhraní k neustálému kolísání teploty/rychlosti, celkově je závislost rychlosti růstu na čase opět lineární)
• Procesy na rozhraní kapalina/krystal (nejčastější případ, relevantní pro většinu procesů růstu krystalů ve sklech nebo podchlazených taveninách).

RŮST KRYSTALŮ ŘÍZENÝ FÁZOVÝM ROZHRANÍM

K popisu růstu krystalů řízeného kinetikou fázového rozhraní slouží tři základní růstové modely:
• Kolmý růst
• Šroubovicově dislokační růst
• 2D povrchově nukleační růst.

Model kolmého růstu vychází z představy atomárně nerovného rozhraní krystal/kapalina. Na tomto typu rozhraní nemají defekty výrazný vliv na růst krystalů a na fázovém rozhraní se nachází velké množství aktivních center, na kterých jsou atomy přednostně zabudovány do struktury krystalu.

Šroubovicově dislokační model předpokládá, že růst probíhá na atomárně rovném rozhraní krystal/kapalina, defekty mají významný vliv na růst krystalů a jsou zdrojem aktivních míst růstu krystalů.

2D povrchově nukleační model počítá také s rovným rozhraním kapalina/krystal, k růstu dochází na dvoudimenzionálních aktivních centrech na rozhraní.