Tabla de Contenidos
Ένα ευτηκτικό σύστημα είναι ένα ομοιογενές μείγμα δύο ή περισσότερων συστατικών που, στη στερεά κατάσταση, σχηματίζουν ένα ενιαίο υπερπλέγμα του οποίου το κύριο χαρακτηριστικό είναι ότι έχει χαμηλότερο σημείο τήξης από αυτό των επιμέρους συστατικών. Τα περισσότερα ευτηκτικά συστήματα είναι δυαδικά συστήματα (που σχηματίζονται μόνο από δύο φάσεις ή συστατικά), αν και υπάρχουν παραδείγματα ορισμένων κραμάτων που σχηματίζουν τριμερή ευτηκτικά συστήματα.
Η λέξη ευτηκτική προέρχεται από τον αρχαιοελληνικό όρο εύτεκτος , ο οποίος είναι ένας συνδυασμός των όρων eu , που σημαίνει “καλά” και teko , που σημαίνει λιώνω. Επομένως, η ευτηκτική κυριολεκτικά σημαίνει «πηγάδι που τήκεται», αναφερόμενος στο γεγονός ότι τα ευτηκτικά λιώνουν ευκολότερα από τα επιμέρους συστατικά τους λόγω του χαμηλότερου σημείου τήξης τους.
Πώς σχηματίζονται τα ευτηκτικά συστήματα;
Ένα ευτηκτικό σύστημα σχηματίζεται μόνο όταν τα συστατικά ή οι στερεές φάσεις που αποτελούν το μείγμα βρίσκονται σε μια συγκεκριμένη αναλογία που ονομάζεται ευτηκτική σύνθεση. Αυτή η σύνθεση είναι χαρακτηριστική για κάθε ευτηκτικό σύστημα. Επιπλέον, η ευτηκτική σχηματίζεται γενικά μεταξύ ενώσεων που είναι παρόμοιες ή χημικά συγγενείς μεταξύ τους. Τέτοια είναι η περίπτωση ορισμένων ευτηκτικών κραμάτων που σχηματίζονται από δύο ή περισσότερα μέταλλα.
Με θέρμανση και τήξη ενός ετερογενούς μίγματος αυτών των δύο φάσεων στην κατάλληλη αναλογία, σχηματίζεται ένα ομοιογενές υγρό μίγμα το οποίο, όταν ψυχθεί, κρυσταλλώνεται ξανά, σχηματίζοντας μια νέα κρυσταλλική δομή στην οποία και οι δύο ουσίες αποτελούν μέρος του ίδιου κυττάρου ή πλέγματος. Αυτό είναι το λεγόμενο super lattice ή super cell, το οποίο επαναλαμβάνεται προς όλες τις κατευθύνσεις για να δημιουργηθεί ένας εντελώς ομοιογενής κρύσταλλος στον οποίο δεν μπορεί να διακριθεί καμία από τις δύο αρχικές φάσεις. Με άλλα λόγια, οι φάσεις του συστήματος συν-κρυσταλλώνονται για να σχηματίσουν ένα νέο στερεό.
είδη ευτηκτικής
Τα ευτηκτικά συστήματα μπορούν να ταξινομηθούν με διαφορετικούς τρόπους. Δύο κοινές μορφές είναι ανάλογα με τη σύνθεσή του και σύμφωνα με την κρυσταλλικότητα του στερεού.
Ανάλογα με τη σύνθεση, η ευτηκτική μπορεί να ταξινομηθεί ως:
- Ανόργανες ευτηκτικές: είναι αυτές που σχηματίζονται από ανόργανες ενώσεις όπως μέταλλα και άλατα. Στην τελευταία περίπτωση, είναι γενικά ενυδατωμένα άλατα. Αυτά είναι τα πιο κοινά ευτηκτικά συστήματα.
- Οργανική Ευτηκτική: Πολλές οργανικές ενώσεις σχηματίζουν ευτηκτική μεταξύ τους. Στην περίπτωση αυτή ονομάζονται οργανικές ευτηκτικές.
- Οργανικές / ανόργανες ευτηκτικές: είναι αυτές που σχηματίζονται από μια οργανική και μια ανόργανη φάση, όπως το μείγμα νερού και αιθανόλης.
Εκτός από αυτή την ταξινόμηση, μπορούμε να διακρίνουμε τρεις κατηγορίες ευτηκών ανάλογα με την κρυσταλλικότητα του στερεού, δηλαδή ανάλογα με τη μικροδομή του. Σε γενικές γραμμές, αυτή η μικροδομή μπορεί να είναι δύο τύπων: πολυεπίπεδη και μη πολυεπίπεδη. Συχνά ονομάζονται επίσης, αντίστοιχα, υαλώδη ή άμορφη μικροδομή. Στα δυαδικά συστήματα, μπορούν να συμβούν τρεις διαφορετικοί συνδυασμοί αυτού του τύπου μικροδομών, οδηγώντας σε τρεις διαφορετικές κατηγορίες ευτηκών:
- Ευτηκτική χωρίς όψη – μη όψη (NN): Αυτά είναι τα πιο κοινά και αποτελούνται από μια μη όψη ή άμορφη φάση ενσωματωμένη σε μια άλλη άμορφη φάση. Αυτές οι ευτητικές δείχνουν μια πολύ κανονική μικροδομή.
- Faceted – non-faceted (NF) ευτηκτική: Σε αυτές τις ευτηκτικές, η μία από τις φάσεις είναι άμορφη ή άμορφη ενώ η άλλη είναι πολυεπίπεδη. Η μικροδομή αυτών των ευτηκών είναι συνήθως μεταξύ κανονικής και σύνθετης, ή μπορεί ακόμη και να γίνει εντελώς ακανόνιστη, ανάλογα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κάθε φάσης.
- Faceted Eutectics – Faceted (FF): Οι ευτητικές FF είναι σπάνιες και συνήθως σχηματίζονται μεταξύ δύο διαμεταλλικών ενώσεων. Αυτές οι ευτητικές συχνά διαθέτουν μοναδικές μηχανικές ιδιότητες, όπως υψηλή σκληρότητα, σχηματίζοντας κρυσταλλικές δομές μεγάλης εμβέλειας με ισχυρούς μεταλλικούς δεσμούς.
Παραδείγματα ευτηκτικών συστημάτων
Κράμα αλουμινίου-πυριτίου
Το αλουμίνιο και το πυρίτιο σχηματίζουν ένα ανόργανο ευτηκτικό κράμα τύπου FN (faceted – non-faceted) όταν το μείγμα περιέχει 13% πυρίτιο κατά μάζα. Σε αυτό το σύστημα, το αλουμίνιο σχηματίζει την άμορφη φάση (που ονομάζεται άλφα φάση), ενώ το πυρίτιο σχηματίζει την κρυσταλλική ή πολύπλευρη φάση του συστήματος. Αυτό το κράμα έχει μεγάλη σημασία για την κατασκευή εξαρτημάτων από χυτό αλουμίνιο.
Κράμα σιδήρου-άνθρακα (ανθρακοχάλυβας)
Ο ανθρακούχος χάλυβας είναι ένα ευτηκτικό σύστημα γνωστό εδώ και εκατοντάδες χρόνια. Αποτελείται από μια μήτρα σιδήρου με άτομα άνθρακα ενσωματωμένα στη δομή. Αυτά τα στοιχεία σχηματίζουν ένα ευτηκτικό σύστημα με σύνθεση 4,30% άνθρακα και το υπόλοιπο σίδηρο. Το σημείο τήξης του συστήματος (η ευτηκτική θερμοκρασία) είναι 1.147 °C και αποτελείται από ένα μείγμα γ-ωστενίτη με καρβίδιο του σιδήρου ή τσιμενίτη. Ο τσιμενίτης υπάρχει σε κρυσταλλική μορφή ενσωματωμένος σε μια άμορφη μήτρα ωστενίτη, καθιστώντας αυτό το ευτηκτικό σύστημα ένα άλλο παράδειγμα συστημάτων FN.
κράμα μολύβδου-κασσιτέρου
Το ευτηκτικό σύστημα που σχηματίζεται μεταξύ μολύβδου και κασσίτερου είναι ένα σύστημα που περιέχει 62% κασσίτερο κατά μάζα. Αυτό το μείγμα λιώνει στους 183°C, που είναι 50°C κάτω από το σημείο τήξης του κασσίτερου, που είναι 232°C, και σχεδόν 205°C κάτω από το σημείο τήξης του καθαρού μολύβδου, που είναι 327,5°C
Κράμα καμφοράς-ναφθαλίνης
Η ναφθαλίνη και η καμφορά είναι και οι δύο αρωματικές οργανικές ενώσεις που σχηματίζουν ένα ευτηκτικό σύστημα. Επομένως, αυτό είναι ένα παράδειγμα οργανικού ευτηκτικού συστήματος. Ένα παρόμοιο σύστημα σχηματίζεται μεταξύ ναφθαλίνης και βενζολίου.
Galinstan
Αυτό είναι ένα παράδειγμα τριαδικού ευτηκτικού συστήματος. Αποτελείται από ένα κράμα που περιέχει 68,5% γάλλιο, 21,5% ίνδιο και 10% κασσίτερο. Το σημείο τήξης αυτού του συστήματος είναι μόλις -19 °C, επομένως το μείγμα είναι υγρό σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό το γεγονός καθιστά το galinstan ένα μη τοξικό υποκατάστατο του υδραργύρου.
Κράμα νικελίου-πυριτίου
Το ευτηκτικό σύστημα νικελίου-πυριτίου είναι ένα παράδειγμα μιας ευτηκτικής FF, δηλαδή ενός συστήματος στο οποίο και οι δύο φάσεις βρίσκονται σε κρυσταλλική κατάσταση, σχηματίζοντας πολύπλευρα στερεά ενσωματωμένα το ένα μέσα στο άλλο. Η ευτηκτική σύνθεση είναι 84% νικέλιο και 16% πυρίτιο. Το σύστημα αυτό χαρακτηρίζεται από το ότι είναι εξαιρετικά σκληρό, ανθεκτικό στην κόπωση και τη φθορά λόγω πρόσφυσης.
βιβλιογραφικές αναφορές
ακαδημαϊκός. (ν). Galinstan . Λεξικά και εγκυκλοπαίδειες για τον Ακαδημαϊκό. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/515650
Biloni, Η., & Boettinger, WJ (1996, 1 Ιανουαρίου). ΣΤΕΡΕΕΥΣΗ . Φυσική Μεταλλουργία (Τέταρτη, Αναθεωρημένη και Βελτιωμένη Έκδοση). 1. 669–842. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444898753500132
Kharia, HK (2013, 18 Νοεμβρίου). Διάγραμμα Fe–C . Κοινή χρήση διαφανειών. https://en.slideshare.net/RakeshSingh125/fe-cdiagram
Lingai, L., & Nolwelnn, LP (2015, 1 Ιανουαρίου). Καινοτόμα Συστήματα Αποθήκευσης Θερμικής Ηλιακής Ενέργειας σε Κτίρια . Αποθήκευση ηλιακής ενέργειας. 27–62. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124095403000037
Lu, Y., Li, G., Du, Y., Ji, Y., Jin, Q., & Li, T. (2012, 8 Μαρτίου). Ηλεκτρομαγνητική τροποποίηση ευτηκτικού κράματος Ni31Si12-Ni2Si με πολύπλευρη όψη . Κινεζικό Δελτίο Επιστημών. https://www.researchgate.net/publication/257688727_Electromagnetic_modification_of_faceted-faceted_Ni31Si12-Ni2Si_eutectic_alloy
Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον. (ν). Στερεοποίηση κραμάτων Al-Si . Σαουθάμπτον Ηνωμένο Βασίλειο. https://www.southampton.ac.uk/%7Epasr1/al-si.htm
