Mi az eutektikus rendszer?

Az eutektikus rendszer két vagy több komponens homogén keveréke, amelyek szilárd állapotban egyetlen szuperrácsot alkotnak, amelynek fő jellemzője, hogy alacsonyabb az olvadáspontja, mint az egyes komponenseké. A legtöbb eutektikus rendszer bináris rendszer (csak két fázisból vagy komponensből áll), bár vannak példák bizonyos ötvözetek hármas eutektikus rendszereket alkotva.

Az eutektika szó az ógörög eutektos kifejezésből származik, amely a „kút” jelentésű eu és az olvadást jelentő teko kifejezések kombinációja . Ezért az eutektika szó szerint „jól olvadást” jelent, utalva arra, hogy az eutektikumok alacsonyabb olvadáspontjuk miatt könnyebben megolvaszthatók, mint az egyes komponenseik.

Hogyan jönnek létre az eutektikus rendszerek?

Eutektikus rendszer csak akkor jön létre, ha a keveréket alkotó komponensek vagy szilárd fázisok meghatározott arányban vannak jelen, amit eutektikus összetételnek nevezünk. Ez az összetétel minden eutektikus rendszerre jellemző. Ezenkívül az eutektikumok általában olyan vegyületek között képződnek, amelyek hasonlóak vagy kémiailag rokonok egymással. Ilyen például néhány eutektikus ötvözet, amelyet két vagy több fém alkot.

E két fázis heterogén keverékének megfelelő arányban történő melegítésével és megolvasztásával homogén folyékony keverék keletkezik, amely lehűtve újra kristályosodik, új kristályszerkezetet hozva létre, amelyben mindkét anyag ugyanannak a sejtnek vagy rácsnak a része. Ez az úgynevezett szuperrács vagy szupercella, amelyet minden irányban megismételve egy teljesen homogén kristály jön létre, amelyben a két eredeti fázis egyike sem különböztethető meg. Más szavakkal, a rendszer fázisai együtt kristályosodnak, és új szilárd anyagot képeznek.

eutektika típusai

Az eutektikus rendszereket többféleképpen osztályozhatjuk. Két gyakori forma az összetétele és a szilárd anyag kristályossága szerint.

Az összetételtől függően az eutektikumok a következőkre oszthatók:

• Szervetlen eutektikumok: azok, amelyeket szervetlen vegyületek, például fémek és sók képeznek. Ez utóbbi esetben általában hidratált sókról van szó. Ezek a leggyakoribb eutektikus rendszerek.
• Szerves eutektika: Sok szerves vegyület alkot eutektikumot egymással. Ebben az esetben szerves eutektikának nevezzük.
• Szerves/szervetlen eutektikumok: azok, amelyeket egy szerves és egy szervetlen fázis, például víz és etanol keveréke képez.

Ezen a besoroláson kívül az eutektika három osztályát különböztethetjük meg a szilárd anyag kristályosságától, azaz mikroszerkezetétől függően. Általánosságban elmondható, hogy ez a mikrostruktúra kétféle lehet: fazettált és nem-alakú. Gyakran nevezik őket üveges vagy amorf mikroszerkezetnek is. A bináris rendszerekben az ilyen típusú mikrostruktúrák három különböző kombinációja fordulhat elő, amelyek az eutektika három különböző osztályát eredményezik:

• Nem ívelt eutektika – nem ívelt (NN): Ezek a leggyakoribbak, és egy másik amorf fázisba ágyazott nem felületes vagy amorf fázisból állnak. Ezek az eutektikumok nagyon szabályos mikrostruktúrát mutatnak.
• Faceted – non-faceted (NF) eutektika: Ezekben az eutektikákban az egyik fázis amorf vagy nem faceted, míg a másik fazettált. Ezeknek az eutektikumoknak a mikroszerkezete általában a szabályos és az összetett között van, vagy akár teljesen szabálytalanná is válhat, az egyes fázisok sajátosságaitól függően.
• Faceted eutektika – Faceted (FF): Az FF eutektikumok ritkák, és általában két intermetallikus vegyület között képződnek. Ezek az eutektikumok gyakran egyedi mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a nagy keménység azáltal, hogy nagy hatótávolságú kristályszerkezeteket képeznek erős fémes kötésekkel.

Példák eutektikus rendszerekre

Alumínium-szilícium ötvözet

Az alumínium és a szilícium FN (faceted – non-faceted) típusú szervetlen eutektikus ötvözetet képez , ha a keverék 13 tömegszázalék szilíciumot tartalmaz. Ebben a rendszerben az alumínium képezi az amorf fázist (az úgynevezett alfa fázist), míg a szilícium a rendszer kristályos vagy csiszolt fázisát. Ez az ötvözet nagy jelentőséggel bír az öntött alumínium alkatrészek gyártásában.

Vas-szén ötvözet (szénacél)

A szénacél több száz éve ismert eutektikus rendszer. Egy vasmátrixból áll, amelynek szerkezetébe szénatomok vannak beágyazva. Ezek az elemek eutektikus rendszert alkotnak , összetétele 4,30% szén és a többi vas. A rendszer olvadáspontja (eutektikus hőmérséklete) 1147 °C, és γ-ausztenit vas-karbid vagy cementit keverékéből áll. A cementit kristályos formában van jelen, egy amorf ausztenit mátrixba ágyazva, így ez az eutektikus rendszer az FN rendszerek másik példája.

ólom-ón ötvözet

Az ólom és az ón között kialakuló eutektikus rendszer egy olyan rendszer, amely 62 tömegszázalék ónt tartalmaz. Ez a keverék mindössze 183 °C-on olvad, ami 50 °C-kal alacsonyabb az ón olvadáspontja alatt, amely 232 °C, és majdnem 205 °C-kal a tiszta ólom olvadáspontja alatt, amely 327,5 °C

Kámfor-naftalin ötvözet

A naftalin és a kámfor egyaránt aromás szerves vegyületek, amelyek eutektikus rendszert alkotnak. Ezért ez egy példa egy szerves eutektikus rendszerre. Ehhez hasonló rendszer jön létre a naftalin és a benzol között.

Galinstan

Ez egy hármas eutektikus rendszer példája. 68,5% galliumot, 21,5% indiumot és 10% ónt tartalmazó ötvözetből áll. Ennek a rendszernek az olvadáspontja mindössze -19 °C, tehát a keverék szobahőmérsékleten folyékony . Ez a tény a galinsztánt a higany nem mérgező helyettesítőjévé teszi.

Nikkel-szilícium ötvözet

A nikkel-szilícium eutektikus rendszer egy példa az FF eutektikumra, vagyis olyanra, amelyben mindkét fázis kristályos állapotban van, és egymásba ágyazott, fazettált szilárd anyagokat képez. Az eutektikus összetétel 84% nikkel és 16% szilícium. Ezt a rendszert az jellemzi, hogy rendkívül kemény, ellenáll a kifáradásnak és a tapadás miatti kopásnak.

Hivatkozások

akadémiai. (nd). Galinstan . Szótárak és enciklopédiák az akadémikusról. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/515650

Biloni, H. és Boettinger, WJ (1996, január 1.). SZILÁRDÍTÁS . Physical Metallurgy (negyedik, átdolgozott és továbbfejlesztett kiadás). 1. 669–842. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444898753500132

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

Lingai, L. és Nolwelnn, LP (2015, január 1.). Innovatív rendszerek a termikus napenergia tárolására az épületekben . Napenergia Tárolás. 27–62. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124095403000037

Lu, Y., Li, G., Du, Y., Ji, Y., Jin, Q. és Li, T. (2012, március 8). A csiszolt felületű Ni31Si12-Ni2Si eutektikus ötvözet elektromágneses módosítása . Kínai Tudományos Bulletin. https://www.researchgate.net/publication/257688727_Electromagnetic_modification_of_faceted-faceted_Ni31Si12-Ni2Si_eutektic_alloy

Southamptoni Egyetem. (nd). Al-Si ötvözetek megszilárdulása . SouthamptonUK. https://www.southampton.ac.uk/%7Epasr1/al-si.htm