Какво е евтектична система?

Евтектичната система е хомогенна смес от два или повече компонента, които в твърдо състояние образуват единична супер решетка, чиято основна характеристика е, че има по-ниска точка на топене от тази на отделните компоненти. Повечето евтектични системи са бинарни системи (образувани само от две фази или компоненти), въпреки че има примери за определени сплави, образуващи тройни евтектични системи.

Думата евтектика идва от древногръцкия термин eutektos , който е комбинация от термините eu , което означава „добре“, и teko , което означава да се стопи. Следователно евтектиката буквално означава „добре топяща се“, като се има предвид фактът, че евтектиките се топят по-лесно от отделните им компоненти поради по-ниската им точка на топене.

Как се образуват евтектични системи?

Евтектична система се образува само когато компонентите или твърдите фази, които изграждат сместа, са в специфично съотношение, наречено евтектичен състав. Този състав е характерен за всяка евтектична система. Освен това, евтектиката обикновено се образува между съединения, които са подобни или химически свързани едно с друго. Такъв е случаят с някои евтектични сплави, образувани от два или повече метала.

Чрез нагряване и стопяване на хетерогенна смес от тези две фази в подходящо съотношение се образува хомогенна течна смес, която, когато се охлади, кристализира отново, образувайки нова кристална структура, в която двете вещества са част от една и съща клетка или решетка. Това е така наречената супер решетка или супер клетка, която се повтаря във всички посоки, за да се създаде напълно хомогенен кристал, в който нито една от двете оригинални фази не може да бъде разграничена. С други думи, фазите на системата кокристализират, за да образуват ново твърдо вещество.

видове евтектика

Евтектичните системи могат да бъдат класифицирани по различни начини. Две често срещани форми са според неговия състав и според кристалността на твърдото вещество.

В зависимост от състава евтектиките могат да бъдат класифицирани като:

• Неорганични евтектики: са тези, образувани от неорганични съединения като метали и соли. В последния случай те обикновено са хидратирани соли. Това са най-често срещаните евтектични системи.
• Органични евтектики: Много органични съединения образуват евтектики едно с друго. В този случай те се наричат ​​органични евтектики.
• Органични/неорганични евтектики: са тези, образувани от органична и неорганична фаза, като например смес от вода и етанол.

В допълнение към тази класификация можем да разграничим три класа евтектика в зависимост от кристалността на твърдото вещество, тоест в зависимост от неговата микроструктура. Най-общо тази микроструктура може да бъде два вида: фасетирана и нефасетирана. Те също често се наричат ​​съответно стъкловидна или аморфна микроструктура. В бинарните системи може да има три различни комбинации от този тип микроструктури, което води до три различни класа евтектика:

• Нефасетирани евтектики – нефасетирани (NN): Те са най-често срещаните и се състоят от нефасетирана или аморфна фаза, вградена в друга аморфна фаза. Тези евтектики показват много правилна микроструктура.
• Фасетирана – нефасетирана (NF) евтектика: В тези евтектики една от фазите е аморфна или нефасетирана, докато другата е фасетирана. Микроструктурата на тези евтектики обикновено е между правилна и сложна или дори може да стане напълно неправилна, в зависимост от специфичните характеристики на всяка фаза.
• Фасетирани евтектики – Фасетирани (FF): FF евтектиките са редки и обикновено се образуват между две интерметални съединения. Тези евтектики често притежават уникални механични свойства като висока твърдост чрез образуване на кристални структури с дълъг обхват със силни метални връзки.

Примери за евтектични системи

Алуминиево-силиконова сплав

Алуминият и силицийът образуват неорганична евтектична сплав от типа FN (фасетиран – нефасетиран), когато сместа съдържа 13% силиций по маса. В тази система алуминият образува аморфната фаза (наречена алфа фаза), докато силицият образува кристалната или фасетната фаза на системата. Тази сплав е от голямо значение за производството на части от лят алуминий.

Сплав желязо-въглерод (въглеродна стомана)

Въглеродната стомана е евтектична система, позната от стотици години. Състои се от желязна матрица с въглеродни атоми, вградени в структурата. Тези елементи образуват евтектична система със състав от 4,30% въглерод и останалото желязо. Точката на топене на системата (евтектична температура) е 1147 °C и се състои от смес от γ-аустенит с железен карбид или цементит. Цементитът присъства в кристална форма, вграден в аморфна аустенитна матрица, което прави тази евтектична система друг пример за FN системи.

оловно-калаена сплав

Евтектичната система, образувана между олово и калай, е система, която съдържа 62% калай по маса. Тази смес се топи само при 183°C, което е с 50°C под точката на топене на калая, която е 232°C, и почти 205°C под точката на топене на чистото олово, която е 327,5°C

Камфор-нафталинова сплав

Нафталинът и камфорът са ароматни органични съединения, които образуват евтектична система. Следователно това е пример за органична евтектична система. Подобна на тази система се образува между нафталин и бензен.

Галинстан

Това е пример за тройна евтектична система. Състои се от сплав, съдържаща 68,5% галий, 21,5% индий и 10% калай. Точката на топене на тази система е само -19 °C, така че сместа е течна при стайна температура. Този факт прави галинстан нетоксичен заместител на живака.

Никел-силиконова сплав

Никел-силициевата евтектична система е пример за FF евтектика, тоест такава, в която и двете фази са в кристално състояние, образувайки фасетирани твърди вещества, вградени едно в друго. Евтектичният състав е 84% никел и 16% силиций. Тази система се характеризира с това, че е изключително твърда, устойчива на умора и износване поради адхезия.

Препратки

академичен. (nd). Галинстан . Речници и енциклопедии за акад. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/515650

Biloni, H., & Boettinger, WJ (1996, 1 ​​януари). ВТЪРДЯВАНЕ . Физическа металургия (Четвърто, преработено и подобрено издание). 1. 669–842. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444898753500132

Kharia, HK (2013, 18 ноември). Fe–C диаграма . Slideshare. https://es.slideshare.net/RakeshSingh125/fe-cdiagram

Lingai, L., & Nolwelnn, LP (2015, 1 януари). Иновативни системи за съхранение на топлинна слънчева енергия в сгради . Съхранение на слънчева енергия. 27–62. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124095403000037

Lu, Y., Li, G., Du, Y., Ji, Y., Jin, Q., & Li, T. (2012 г., 8 март). Електромагнитна модификация на фасетирана евтектична сплав Ni31Si12-Ni2Si . Китайски научен бюлетин. https://www.researchgate.net/publication/257688727_Electromagnetic_modification_of_faceted-faceted_Ni31Si12-Ni2Si_eutectic_alloy

Саутхемптънски университет. (nd). Втвърдяване на Al-Si сплави . Саутхемптън Великобритания. https://www.southampton.ac.uk/%7Epasr1/al-si.htm