Tabla de Contenidos
Układ eutektyczny to jednorodna mieszanina dwóch lub więcej składników, które w stanie stałym tworzą pojedynczą supersieć, której główną cechą charakterystyczną jest niższa temperatura topnienia niż temperatura poszczególnych składników. Większość systemów eutektycznych to układy binarne (utworzone tylko przez dwie fazy lub składniki), chociaż istnieją przykłady niektórych stopów tworzących trójskładnikowe układy eutektyczne.
Słowo eutektyka pochodzi od starożytnego greckiego słowa eutektos , które jest połączeniem słów eu oznaczających „dobrze” i teko oznaczających stopienie. Dlatego eutektyka dosłownie oznacza „topienie studni”, odnosząc się do faktu, że eutektyki są łatwiejsze do stopienia niż ich poszczególne składniki ze względu na ich niższą temperaturę topnienia.
Jak powstają systemy eutektyczne?
Układ eutektyczny powstaje tylko wtedy, gdy składniki lub fazy stałe tworzące mieszaninę znajdują się w określonej proporcji zwanej składem eutektycznym. Skład ten jest charakterystyczny dla każdego systemu eutektycznego. Ponadto eutektyki na ogół tworzą się między związkami, które są do siebie podobne lub chemicznie spokrewnione. Tak jest w przypadku niektórych stopów eutektycznych utworzonych z dwóch lub więcej metali.
Poprzez ogrzewanie i topienie niejednorodnej mieszaniny tych dwóch faz w odpowiedniej proporcji powstaje jednorodna ciekła mieszanina, która po schłodzeniu ponownie krystalizuje, tworząc nową strukturę krystaliczną, w której obie substancje są częścią tej samej komórki lub sieci. Jest to tak zwana supersieć lub superkomórka, która powtarza się we wszystkich kierunkach, tworząc całkowicie jednorodny kryształ, w którym nie można rozróżnić żadnej z dwóch pierwotnych faz. Innymi słowy, fazy układu współkrystalizują, tworząc nowe ciało stałe.
rodzaje eutektyki
Systemy eutektyczne można klasyfikować na różne sposoby. Dwie powszechne formy są zgodne z jego składem i krystalicznością ciała stałego.
W zależności od składu eutektyki można podzielić na:
- Eutektyki nieorganiczne: to eutektyki utworzone przez związki nieorganiczne, takie jak metale i sole. W tym ostatnim przypadku są to na ogół uwodnione sole. Są to najczęstsze systemy eutektyczne.
- Organiczne eutektyki: Wiele związków organicznych tworzy ze sobą eutektyki. W tym przypadku nazywane są eutektykami organicznymi.
- Organiczne/nieorganiczne eutektyki: to eutektyki utworzone przez fazę organiczną i nieorganiczną, takie jak mieszanina wody i etanolu.
Oprócz tej klasyfikacji można wyróżnić trzy klasy eutektyków w zależności od krystaliczności ciała stałego, czyli w zależności od jego mikrostruktury. Ogólnie rzecz biorąc, ta mikrostruktura może być dwojakiego rodzaju: fasetowana i niefasetowana. Często nazywane są też odpowiednio mikrostrukturą szklistą lub amorficzną. W układach podwójnych mogą wystąpić trzy różne kombinacje tego typu mikrostruktur, dając początek trzem różnym klasom eutektyki:
- Eutektyka niefasetowana – niefasetowana (NN): Są to najpowszechniejsze i składają się z fazy niefasetowanej lub amorficznej osadzonej w innej fazie amorficznej. Te eutektyki wykazują bardzo regularną mikrostrukturę.
- Fasetowane – eutektyki niefasetowane (NF): W tych eutektykach jedna z faz jest amorficzna lub niefasetowana, podczas gdy druga jest fasetowana. Mikrostruktura tych eutektyków jest zwykle między regularną a złożoną lub może nawet stać się całkowicie nieregularna, w zależności od szczególnych cech każdej fazy.
- Fasetowane eutektyki – fasetowane (FF): eutektyki FF są rzadkie i zwykle tworzą się między dwoma związkami międzymetalicznymi. Te eutektyki często posiadają unikalne właściwości mechaniczne, takie jak wysoka twardość, poprzez tworzenie struktur krystalicznych dalekiego zasięgu z silnymi wiązaniami metalicznymi.
Przykłady systemów eutektycznych
Stop aluminiowo-krzemowy
Glin i krzem tworzą nieorganiczny stop eutektyczny typu FN (fasetowany – niefasetowany), gdy mieszanina zawiera 13% masowych krzemu. W tym systemie aluminium tworzy fazę amorficzną (zwaną fazą alfa), podczas gdy krzem tworzy fazę krystaliczną lub fazowaną układu. Stop ten ma ogromne znaczenie w produkcji odlewanych części aluminiowych.
Stop żelazowo-węglowy (stal węglowa)
Stal węglowa jest znanym od setek lat układem eutektycznym. Składa się z żelaznej matrycy z atomami węgla osadzonymi w strukturze. Pierwiastki te tworzą układ eutektyczny o składzie 4,30% węgla i pozostałej części żelaza. Temperatura topnienia układu (temperatura eutektyki) wynosi 1147 °C i składa się z mieszaniny γ-austenitu z węglikiem żelaza lub cementytem. Cementyt występuje w postaci krystalicznej osadzonej w amorficznej matrycy austenitycznej, co czyni ten układ eutektyczny kolejnym przykładem układów FN.
stop ołowiu z cyną
Układ eutektyczny utworzony między ołowiem a cyną to układ zawierający 62% masowych cyny. Ta mieszanina topi się w temperaturze zaledwie 183°C, czyli o 50°C poniżej temperatury topnienia cyny, która wynosi 232°C, i prawie 205°C poniżej temperatury topnienia czystego ołowiu, która wynosi 327,5°C
Stop kamforowo-naftalenowy
Naftalen i kamfora to aromatyczne związki organiczne, które tworzą układ eutektyczny. Dlatego jest to przykład organicznego systemu eutektycznego. Układ podobny do tego powstaje między naftalenem i benzenem.
Galinstan
Jest to przykład trójskładnikowego systemu eutektycznego. Składa się ze stopu zawierającego 68,5% galu, 21,5% indu i 10% cyny. Temperatura topnienia tego układu wynosi zaledwie -19°C, więc mieszanina jest płynna w temperaturze pokojowej. Fakt ten sprawia, że galinstan jest nietoksycznym substytutem rtęci.
Stop niklowo-krzemowy
Układ eutektyczny niklowo-krzemowy jest przykładem eutektyki FF, czyli takiej, w której obie fazy są w stanie krystalicznym, tworząc zatopione w sobie fasetowane ciała stałe. Skład eutektyczny to 84% niklu i 16% krzemu. System ten charakteryzuje się niezwykłą twardością, odpornością na zmęczenie i zużycie dzięki przyczepności.
Bibliografia
akademicki. (nd). Galinstan . Słowniki i encyklopedie o akademiku. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/515650
Biloni, H. i Boettinger, WJ (1996, 1 stycznia). UTRZYMANIE . Metalurgia fizyczna (wydanie czwarte, poprawione i rozszerzone). 1. 669–842. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444898753500132
Kharia, HK (2013, 18 listopada). Diagram Fe-C . Udostępnianie slajdów. https://en.slideshare.net/RakeshSingh125/fe-cdiagram
Lingai, L. i Nolwelnn, LP (2015, 1 stycznia). Innowacyjne systemy magazynowania termicznej energii słonecznej w budynkach . Magazynowanie energii słonecznej. 27–62. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124095403000037
Lu, Y., Li, G., Du, Y., Ji, Y., Jin, Q. i Li, T. (2012, 8 marca). Modyfikacja elektromagnetyczna fasetowanego stopu eutektycznego Ni31Si12-Ni2Si . Chiński biuletyn naukowy. https://www.researchgate.net/publication/257688727_Electromagnetic_modification_of_faceted-faceted_Ni31Si12-Ni2Si_eutectic_alloy
Uniwersytet Southampton. (nd). Krzepnięcie stopów Al-Si . SouthamptonWielka Brytania. https://www.southampton.ac.uk/%7Epasr1/al-si.htm
