Mikä on eutektinen järjestelmä?

Eutektinen järjestelmä on kahden tai useamman komponentin homogeeninen seos, jotka kiinteässä tilassa muodostavat yhden superhilan, jonka pääominaisuus on, että sen sulamispiste on alempi kuin yksittäisillä komponenteilla. Useimmat eutektiset järjestelmät ovat binäärisysteemejä (jotka muodostuvat vain kahdesta faasista tai komponentista), vaikka on esimerkkejä tietyistä seoksista, jotka muodostavat kolmikomponenttisia eutektisia järjestelmiä.

Sana eutektinen tulee antiikin kreikkalaisesta termistä eutektos , joka on yhdistelmä termeistä eu , joka tarkoittaa ”kaivoa”, ja teko , joka tarkoittaa sulaa. Siksi eutektiikka tarkoittaa kirjaimellisesti ”hyvin sulavaa”, viitaten siihen, että eutektiikka on helpompi sulattaa kuin niiden yksittäiset komponentit niiden alhaisemman sulamispisteen vuoksi.

Miten eutektiset järjestelmät muodostuvat?

Eutektinen järjestelmä muodostuu vain, kun seoksen muodostavat komponentit tai kiinteät faasit ovat tietyssä suhteessa, jota kutsutaan eutektiseksi koostumukseksi. Tämä koostumus on ominaista jokaiselle eutektiselle järjestelmälle. Lisäksi eutektiikka muodostuu yleensä samankaltaisten tai kemiallisesti toisilleen sukua olevien yhdisteiden väliin. Näin on joidenkin kahden tai useamman metallin muodostamien eutektisten metalliseosten tapauksessa .

Kuumentamalla ja sulattamalla näiden kahden faasin heterogeenista seosta sopivassa suhteessa muodostuu homogeeninen nesteseos, joka jäähtyessään kiteytyy uudelleen muodostaen uuden kiderakenteen, jossa molemmat aineet ovat osa samaa solua tai hilaa. Tämä on niin kutsuttu superhila tai supersolu, jota toistetaan kaikkiin suuntiin täysin homogeenisen kiteen luomiseksi, jossa kumpaakaan alkuperäistä faasia ei voida erottaa. Toisin sanoen järjestelmän faasit kiteytyvät yhdessä muodostaen uuden kiinteän aineen.

eutektiikkatyypit

Eutektiset järjestelmät voidaan luokitella eri tavoin. Kaksi yleistä muotoa ovat sen koostumuksen ja kiinteän aineen kiteisyyden mukaan.

Koostumuksesta riippuen eutektiikka voidaan luokitella seuraavasti:

• Epäorgaaniset eutektiikka: ovat epäorgaanisten yhdisteiden, kuten metallien ja suolojen, muodostamia . Jälkimmäisessä tapauksessa ne ovat yleensä hydratoituja suoloja. Nämä ovat yleisimpiä eutektisia järjestelmiä.
• Orgaaninen eutektiikka: Monet orgaaniset yhdisteet muodostavat eutektiikkaa keskenään. Tässä tapauksessa niitä kutsutaan orgaaniseksi eutektiikaksi.
• Orgaaniset / epäorgaaniset eutektiikkaa: ovat orgaanisen ja epäorgaanisen faasin muodostamia aineita, kuten veden ja etanolin seos.

Tämän luokituksen lisäksi voimme erottaa kolme eutektiikkaluokkaa kiinteän aineen kiteisyydestä eli sen mikrorakenteesta riippuen. Yleisesti ottaen tämä mikrorakenne voi olla kahta tyyppiä: fasetoitu ja ei-fasetoitu. Niitä kutsutaan usein myös vastaavasti lasimaiseksi tai amorfiseksi mikrorakenteeksi. Binäärisysteemeissä tämän tyyppisten mikrorakenteiden kolme erilaista yhdistelmää voi esiintyä, jolloin syntyy kolme erilaista eutektiikkaluokkaa:

• Fasetoitumaton eutektiikka – kasvoton (NN): Nämä ovat yleisimpiä ja koostuvat kasvottomasta tai amorfisesta faasista, joka on upotettu toiseen amorfiseen faasiin. Nämä eutektiikka osoittavat hyvin säännöllistä mikrorakennetta.
• Fasetoitu – fasetoitumaton (NF) eutektiikka: Näissä eutektiioissa toinen vaiheista on amorfinen tai fasetoitumaton, kun taas toinen on fasetoitu. Näiden eutektiikan mikrorakenne on yleensä säännöllisen ja monimutkaisen välillä, tai se voi jopa muuttua täysin epäsäännölliseksi kunkin vaiheen erityispiirteistä riippuen.
• Fasetoitu eutektiikka – Faceted (FF): FF-eutektiikka on harvinaista ja muodostuu yleensä kahden metallien välisen yhdisteen väliin. Näillä eutektiikalla on usein ainutlaatuisia mekaanisia ominaisuuksia, kuten korkea kovuus, koska ne muodostavat pitkän kantaman kiderakenteita vahvoilla metallisidoksilla.

Esimerkkejä eutektisistä systeemeistä

Alumiini-pii-seos

Alumiini ja pii muodostavat epäorgaanisen eutektisen FN-tyypin (fasetoitu – ei-fasetoitu) lejeeringin, kun seos sisältää 13 massaprosenttia piitä. Tässä järjestelmässä alumiini muodostaa amorfisen faasin (kutsutaan alfafaasiksi), kun taas pii muodostaa järjestelmän kiteisen tai fasetoidun faasin. Tällä metalliseoksella on suuri merkitys valettujen alumiiniosien valmistuksessa.

Rauta-hiiliseos (hiiliteräs)

Hiiliteräs on satoja vuosia tunnettu eutektinen järjestelmä. Se koostuu rautamatriisista, jonka rakenteeseen on upotettu hiiliatomeja. Nämä alkuaineet muodostavat eutektisen järjestelmän , jonka koostumus on 4,30 % hiiltä ja loput rautaa. Järjestelmän sulamispiste (eutektinen lämpötila) on 1 147 °C ja se koostuu γ-austeniitin ja rautakarbidin tai sementiitin seoksesta. Sementiittiä on kiteisessä muodossa upotettuna amorfiseen austeniittimatriisiin, mikä tekee tästä eutektisesta järjestelmästä toisen esimerkin FN-järjestelmistä.

lyijy-tinaseos

Lyijyn ja tinan väliin muodostuva eutektinen järjestelmä on järjestelmä, joka sisältää 62 massaprosenttia tinaa. Tämä seos sulaa vain 183 °C:ssa, mikä on 50 °C alle tinan sulamispisteen, joka on 232 °C, ja lähes 205 °C puhtaan lyijyn sulamispisteen, joka on 327,5 °C, alapuolella.

Kamferi-naftaleeni-seos

Naftaleeni ja kamferi ovat molemmat aromaattisia orgaanisia yhdisteitä, jotka muodostavat eutektisen järjestelmän. Siksi tämä on esimerkki orgaanisesta eutektisesta järjestelmästä. Tämän kaltainen järjestelmä muodostuu naftaleenin ja bentseenin välille.

Galinstan

Tämä on esimerkki kolmiosaisesta eutektisestä järjestelmästä. Se koostuu seoksesta, joka sisältää 68,5 % galliumia, 21,5 % indiumia ja 10 % tinaa. Tämän järjestelmän sulamispiste on vain -19 °C, joten seos on nestemäistä huoneenlämpötilassa . Tämä tosiasia tekee galinstanista myrkyttömän elohopean korvikkeen.

Nikkeli-pii-seos

Nikkeli-pii-eutektinen järjestelmä on esimerkki FF-eutektiikasta, toisin sanoen sellaisesta, jossa molemmat faasit ovat kiteisessä tilassa muodostaen fasetoituja kiinteitä aineita, jotka on upotettu toisiinsa. Eutektinen koostumus on 84 % nikkeliä ja 16 % piitä. Tälle järjestelmälle on ominaista se, että se on erittäin kova, kestää väsymystä ja kiinnittymisestä johtuvaa kulumista.

Viitteet

akateeminen. (nd). Galinstan . Akateemikon sanakirjoja ja tietosanakirjoja. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/515650

Biloni, H. ja Boettinger, WJ (1996, 1. tammikuuta). KIINTEISTÄMINEN . Physical Metallurgy (neljäs, tarkistettu ja parannettu painos). 1. 669–842. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444898753500132

Kharia, HK (2013, 18. marraskuuta). Fe–C-kaavio . Slideshare. https://en.slideshare.net/RakeshSingh125/fe-cdiagram

Lingai, L., & Nolwelnn, LP (2015, 1. tammikuuta). Innovatiiviset järjestelmät aurinkolämpöenergian varastointiin rakennuksissa . Aurinkoenergian varastointi. 27–62. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124095403000037

Lu, Y., Li, G., Du, Y., Ji, Y., Jin, Q. ja Li, T. (2012, 8. maaliskuuta). Eutektisen Ni31Si12-Ni2Si-seoksen sähkömagneettinen muunnos . Kiinan tiedelehti. https://www.researchgate.net/publication/257688727_Electromagnetic_modification_of_faceted-faceted_Ni31Si12-Ni2Si_eutektic_alloy

Southamptonin yliopisto. (nd). Al-Si-seosten jähmettyminen . SouthamptonUK. https://www.southampton.ac.uk/%7Epasr1/al-si.htm