Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 110. Микроструктура порт ландцементного клинкера:
/ —Са2ЗГО4: 2 — Са35Ю5; 3 — промежу точное вещество клинкера
382
ми, а также при изготовлении сегнетоэлектриков и магнитодиэлек-триков. Она проявляется в том, что в отличие от микроструктур с беспорядочно ориентированными зернами, для которых число нормалей к плоскостям одного семейства (hkl) одинаково по всем направлениям, при возникновении преимущественной ориентировки это число становится зависимым от направления.
Особые границы. Кроме границ зерен, характеризующихся большими углами разориентировки между соседними зернами и отсутствием упорядоченного расположения атомов, существуют и другие границы с более тонкой структурой. Например, в пределах одного зерна обнаруживаются малоугловые границы или границы субзерен, а также двойниковые границы.
Если угол между соседними кристаллитами мал, то возникающая при этом малоугловая межзеренная граница состоит из выстроившихся в ряд дислокаций. Схематично это видно из рис. 111, где показана двухмерная чисто наклонная граница AB. Разориентация, как следует из рис. 111, достигается введением ряда краевых дислокаций, показанных в виде перевернутых букв Т. Подобные малоугловые границы широко распространены во всех кристаллах и отдельных зернах, которые иногда, на первый взгляд, кажутся совершенными.
В многочисленных природных силикатах и синтетических материалах установлено наличие так называемых двойников — закономерных сростков двух кристаллических блоков, в которых плоскость срастания создает два зеркальных •отражения. Атомы, примыкающие к двойниковой границе, полностью скоординированы с ближайшими соседними, и искажения решетки пренебрежимо малы. Поэтому для двойниковой границы характерна низкая энергия, обусловленная нарушением координации с более дальними соседними атомами по сравнению с лежащими в плоскости срастания.
4.2. ПЕРВИЧНАЯ И ВТОРИЧНАЯ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
До настоящего времени нет однозначной трактовки понятия рекристаллизация, вследствие чего рекристаллизация подразделяет-•ся на два типа: первичная (истинная) и вторичная (собирательная).
Рис. 111- Малоугловая межзеренная граница
383
Впервые термин рекристаллизация был использован в области металловедения, где под рекристаллизацией понимают процесс, при котором в твердом теле, подвергнутом пластической деформации, происходит образование центров кристаллизации и последующий рост кристаллов, свободных от напряжений за счет кристаллов, искаженных при пластической деформации.
Первичная рекристаллизация используется в металловедении для возврата свойств к наблюдаемым у недеформированного металла. Движущей силой процесса первичной рекристаллизации является уменьшение свободной энергии системы при превращении деформированных кристаллов в свободные от внутренних напряжений, менее дефектные и более стабильные кристаллы. Процесс первичной рекристаллизации подчиняется следующим правилам:
1) для рекристаллизации необходима некоторая минимальная деформация;
2) чем больше деформация, тем ниже температура рекристаллизации;
3) при температурах, превышающих температуру рекристаллизации данного металла, снижается роль деформации. При разных степенях деформации получаются близкие результаты;
4) температура рекристаллизации снижается при увеличении продолжительности отжига;
5) конечный размер зерен определяется величиной деформации, начальным размером зерен и температурой кристаллизации.
Как уже отмечалось, первичная рекристаллизация обычно наблюдается при термической обработке металлов, которые подвергаются значительной деформации при обычных методах производства. Неметаллические тугоплавкие материалы, не отличающиеся пластичностью, за редким исключением, не подвержены пластической деформации, поэтому первичная рекристаллизация в них обычно не наблюдается.
В технологии силикатов и тугоплавких неметаллических материалов имеет место особый вид рекристаллизации — собирательная рекристаллизация, не связанная с предварительной деформацией материала. В основном термин рекристаллизация в технологии силикатов используют для обозначения процесса, при котором происходит рост небольшого числа крупных кристаллов за счет более тонкозернистой массы. В результате вторичной рекристаллизации происходит изменение микроструктуры и свойств силикатных материалов.
Движущей силой процесса вторичной рекристаллизации, так же как и процесса первичной рекристаллизации, является стремление системы к уменьшению поверхностной энергии. Оно достигается не за счет снятия внутренних напряжений, а за счет уменьшения поверхностной энергии при превращении малых кристаллов в большие и ориентационных эффектов.
384
Рост зерен происходит благодаря перемещению межзеренных границ, при этом движущая сила роста определяется избыточной свободной энергией границ зерна. Механизм роста крупного зерна за счет мелких зерен иллюстрирует рис. 112.
Если через ом/м обозначить межфазное натяжение между малыми зернами, а через ггм/кр — между малыми и большими зернами, то справедливо следующее неравенство:
