Кристаллизация перегретых расплавов индивидуальных веществ на различных охлаждаемых поверхностях

• Автор: Суконкин, Владимир Петрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Основные условные обозначения

Глава 1. Анализ литературных данных по вопросам кристаллизации

расплавов.

1.1. Основные особенности кристаллизации расплавов.

1.2. Отверждение легко кристаллизующихся расплавов

1.2.1. Кристаллизация на плоских поверхностях.

1.2.2. Кристаллизация на цилиндрических поверхностях . .

1.2.3. Кристаллизация на сферических поверхностях.

1.3. Отверждение расплавов, склонных к переохлаждению .

1.4. Отверждение бинарных и многокомпонентных
расплавов
1.5. Экспериментальные исследования процесса
кристаллизации на охлаждаемых поверхностях
1.6. Исследования процесса кристаллизации методами
моделирования.
1.7. Аппаратурное оформление процесса отверждения
расплавов.
1.8. Выводы..
Глава 2. Кристаллизация расплавов на плоских охлаждаемых
поверхностях
2.1. Теоретический анализ процесса кристаллизации при
постоянном перегреве расплава.
2.1.1. Стадия простого охлаждения
2.1.2. Стадия кристаллизации
2.1.3. Анализ полученных зависимостей
2.2. Теоретический анализ процесса кристаллизации без перегрева расплава.
2.2.1. Стадия простого охлаждения
2.2.2. Стадия кристаллизации.
2.2.3. Анализ полученных зависимостей
2.3. Экспериментальные исследования процесса кристаллизации
на плоской охлаждаемой поверхности
2.3.1. Схема установки и методики исследований.
2.3.2. Экспериментальные данные
Глава 3. Кристаллизация при стекании плнки расплава по плоской
охлаждаемой поверхности
3.1. Теоретическое описание процесса
3.1.1. Стадия простого охлаждения
3.1.2. Стадия кристаллизации.
3.1.3. Анализ полученных зависимостей.
3.2. Экспериментальные исследования
3.2.1. Схема установки и методика экспериментов.
3.2.2. Результаты экспериментов и их обсуждение.
Глава 4. Кристаллизация при стекании плнки расплава по
охлаждаемой трубе.
4.1. Теоретическое описание процесса.
4.1.1. Стадия простого охлаждения расплава
4.1.2. Стадия кристаллизации
4.2. Анализ влияния технологических параметров на ход
процесса кристаллизации.
Выводы
Список литературы


Возникновение энергетического барьера при присоединении микроэлемента к кристаллу связано с тем, что перед образованием структурно определяемой связи микроэлемент должен иметь достаточно кинетической энергии для разрыва предыдущей связи. Так при значительных понижениях температуры и росте вязкости скорость роста кристаллов замедляется и прекращается вовсе. Расплав при этом затвердевает, превращаясь в аморфную массу. Наличие в расплаве примесей других веществ или иных неоднородностей (острые концы и микротрещины конструкции аппаратов для отвердевания) приводит к облегчению преодоления энергетического барьера для микроэлементов расплава [1,8]. В этом случае образуется новый промежуточный энергетический уровень, используя который присоединяющаяся частица и преодолевает энергетический барьер. Формирование кристаллов подобным образом называется гетерогенным в отличие от гомогенного, где кристаллы растут в однородном расплаве. Так для появления массы мелких кристаллов в кристаллизующийся расплав часто добавляют нерастворяющиеся в нём примеси. Упрощения преодоления энергетических барьеров для микроэлементов расплава можно добиться энергетическим воздействием на расплав. Такое воздействие может быть механическим (барботаж газовых пузырьков, механические удары, вибрация, ультразвуковые колебания) или путём наложения электрических, магнитных и радиационных полей. Все эти воздействия обычно приводят к более быстрому появлению в расплаве массы мелких кристаллов и дальнейшему их росту [1,8-]. Многие вещества имеют достаточно высокие значения скоростей зарождения и роста кристаллов, и они кристаллизуются при небольших переохлаждениях. Такие вещества принято называть “легкокристаллизующимися”. К ним относятся большинство металлов, вода, многие низкомолекулярные органические и неорганические вещества. Вещества, имеющие низкие скорости зарождения и роста кристаллов, склонны к переохлаждению. К таким веществам относятся большинство высокомолекулярных веществ, силикатные вещества, полимеры и др. При значительных скоростях охлаждения эти вещества часто переходят в аморфное состояние. Направленная кристаллизация обычно имеет место при значительном градиенте температуры в системе. При этом процесс начинается с образования центров кристаллизации на охлаждаемой поверхности аппарата. Далее образуется слой кристаллов, толщина которого по мере охлаждения монотонно увеличивается. Структура образующегося таким образом слоя кристаллов определяется скоростью перемещения фронта кристаллизации, интенсивностью перемешивания жидкой фазы, исходным составом смеси и другими факторами [1,7]. При массовой кристаллизации кристаллы образуются и растут во всём объёме расплава. Такой механизм кристаллизации обычно реализуется при хорошем перемешивании расплавов, когда в системе практически отсутствуют градиенты температуры. Как указывалось выше, к легко кристаллизующимся относятся вещества, имеющие достаточно высокие скорости зарождения и роста кристаллов. Рассмотрим особенности процесса кристаллизации таких веществ на охлаждаемых поверхностях различной формы. При теоретическом анализе такого процесса обычно принимают, что кристаллизация расплава происходит при направленном теплоотводе через теплопередающую стенку аппарата, разделяющую хладагент и кристаллизующийся расплав [1,-]. В начале процесса расплав обычно находится в несколько перегретом виде при температуре tp > typ Охлаждение расплавов, как правило производится хладагентами с постоянной температурой tc. При контакте расплава с охлаждаемой стенкой примыкающие к стенке слои расплава будут охлаждаться (рис. При достижении температуры расплава ниже typ начнётся процесс кристаллизации. По мере роста кристаллического слоя температура его будет понижаться, но на свободной его поверхности температура всегда будет равна typ , так как на ней будет продолжаться кристаллизация. В зависимости от условий кристаллизации теплопередача от перегретого расплава к границе раздела фаз может происходить путём теплопроводности или конвекции [1,,]. Рис. Схема процесса кристаллизации однокомпометных расплавов легкокристаллизующихся веществ (а) и веществ, склонных к переохлаждению (б): 1 - кристаллическая фаза; 2 - растай: 3 -охлаждаемая стенка.