Hệ thống eutectic là gì?

Một hệ thống eutectic là một hỗn hợp đồng nhất của hai hoặc nhiều thành phần, ở trạng thái rắn, tạo thành một siêu mạng duy nhất có đặc điểm chính là nó có điểm nóng chảy thấp hơn điểm nóng chảy của các thành phần riêng lẻ. Hầu hết các hệ thống eutectic là hệ thống nhị phân (chỉ được hình thành bởi hai pha hoặc thành phần), mặc dù có những ví dụ về một số hợp kim nhất định tạo thành hệ thống eutectic bậc ba.

Từ eutectic xuất phát từ thuật ngữ Hy Lạp cổ đại eutektos , là sự kết hợp của các thuật ngữ eu , nghĩa là “tốt” và teko , nghĩa là tan chảy. Do đó, eutectic có nghĩa đen là “nóng chảy tốt”, đề cập đến thực tế là eutectic dễ nóng chảy hơn các thành phần riêng lẻ của chúng do điểm nóng chảy thấp hơn.

Hệ thống eutectic được hình thành như thế nào?

Một hệ thống eutectic chỉ được hình thành khi các thành phần hoặc pha rắn tạo nên hỗn hợp theo một tỷ lệ cụ thể được gọi là thành phần eutectic. Thành phần này là đặc trưng của mỗi hệ thống eutectic. Hơn nữa, eutectics thường hình thành giữa các hợp chất tương tự hoặc có liên quan về mặt hóa học với nhau. Đó là trường hợp của một số hợp kim eutectic được hình thành bởi hai hoặc nhiều kim loại.

Bằng cách đun nóng và làm tan chảy hỗn hợp không đồng nhất của hai pha này theo tỷ lệ thích hợp, một hỗn hợp chất lỏng đồng nhất được hình thành, khi được làm lạnh, sẽ kết tinh lại, tạo thành một cấu trúc tinh thể mới trong đó cả hai chất đều là một phần của cùng một tế bào hoặc mạng tinh thể. Đây là cái gọi là siêu mạng hoặc siêu tế bào, được lặp lại theo mọi hướng để tạo ra một tinh thể hoàn toàn đồng nhất trong đó không thể phân biệt được cả hai pha ban đầu. Nói cách khác, các pha của hệ thống đồng kết tinh để tạo thành một chất rắn mới.

các loại eutectics

Các hệ thống eutectic có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Hai dạng phổ biến là theo thành phần của nó và theo độ kết tinh của chất rắn.

Tùy thuộc vào thành phần, eutectics có thể được phân loại là:

• Eutectics vô cơ: là những chất được hình thành bởi các hợp chất vô cơ như kim loại và muối. Trong trường hợp sau, chúng thường là muối ngậm nước. Đây là những hệ thống eutectic phổ biến nhất.
• Eutectics hữu cơ: Nhiều hợp chất hữu cơ tạo thành eutectics với nhau. Trong trường hợp này chúng được gọi là eutectics hữu cơ.
• Eutectics hữu cơ/vô cơ: là những chất được hình thành bởi pha hữu cơ và pha vô cơ, chẳng hạn như hỗn hợp nước và etanol.

Ngoài cách phân loại này, chúng ta có thể phân biệt ba loại eutectics tùy thuộc vào độ kết tinh của chất rắn, nghĩa là tùy thuộc vào cấu trúc vi mô của nó. Nói chung, cấu trúc vi mô này có thể có hai loại: có mặt và không có mặt. Chúng cũng thường được gọi tương ứng là vi cấu trúc thủy tinh hoặc vô định hình. Trong các hệ thống nhị phân, ba tổ hợp khác nhau của loại vi cấu trúc này có thể xảy ra, tạo ra ba loại eutectics khác nhau:

• Eutectics không có mặt – không có mặt (NN): Đây là loại phổ biến nhất và bao gồm một pha không có mặt hoặc pha vô định hình được nhúng trong một pha vô định hình khác. Những eutectics này cho thấy một cấu trúc vi mô rất đều đặn.
• Eutectic có mặt – không có mặt (NF): Trong các loại eutectic này, một trong các pha là vô định hình hoặc không có mặt trong khi pha kia có mặt. Cấu trúc vi mô của các eutectic này thường ở giữa đều đặn và phức tạp, hoặc thậm chí có thể trở nên hoàn toàn không đều, tùy thuộc vào đặc điểm cụ thể của từng pha.
• Eutectics mặt – Faceted (FF): Eutectics FF rất hiếm và thường hình thành giữa hai hợp chất intermetallic. Các eutectic này thường sở hữu các tính chất cơ học độc đáo như độ cứng cao bằng cách hình thành các cấu trúc tinh thể tầm xa với các liên kết kim loại mạnh.

Ví dụ về hệ thống eutectic

Hợp kim nhôm-silic

Nhôm và silic tạo thành một hợp kim eutectic vô cơ thuộc loại FN (mặt – không mặt) khi hỗn hợp chứa 13% silic theo khối lượng. Trong hệ thống này, nhôm tạo thành pha vô định hình (được gọi là pha alpha), trong khi silicon tạo thành pha tinh thể hoặc pha mặt của hệ thống. Hợp kim này có tầm quan trọng lớn đối với việc sản xuất các bộ phận bằng nhôm đúc.

Hợp kim sắt-cacbon (thép cacbon)

Thép carbon là một hệ thống eutectic được biết đến hàng trăm năm. Nó bao gồm một ma trận sắt với các nguyên tử carbon được nhúng trong cấu trúc. Những nguyên tố này tạo thành một hệ thống eutectic với thành phần gồm 4,30% carbon và phần còn lại là sắt. Điểm nóng chảy của hệ thống (nhiệt độ eutectic) là 1.147 °C và nó bao gồm hỗn hợp γ-austenit với cacbua sắt hoặc xi măng. Xi măng hiện diện ở dạng tinh thể được nhúng trong ma trận austenit vô định hình, làm cho hệ thống eutectic này trở thành một ví dụ khác của hệ thống FN.

hợp kim chì-thiếc

Hệ eutectic hình thành giữa chì và thiếc là hệ chứa 62% thiếc theo khối lượng. Hỗn hợp này nóng chảy ở nhiệt độ chỉ 183°C, thấp hơn 50°C so với nhiệt độ nóng chảy của thiếc là 232°C và thấp hơn gần 205°C so với nhiệt độ nóng chảy của chì nguyên chất là 327,5°C.

hợp kim long não-naphtalen

Naphtalen và long não đều là hợp chất hữu cơ thơm tạo thành hệ eutectic. Do đó, đây là một ví dụ về hệ thống eutectic hữu cơ. Một hệ thống tương tự như thế này được hình thành giữa naphtalen và benzen.

Galinstan

Đây là một ví dụ về một hệ thống eutectic ternary. Nó bao gồm một hợp kim chứa 68,5% gali, 21,5% indi và 10% thiếc. Điểm nóng chảy của hệ thống này chỉ là -19 °C, vì vậy hỗn hợp ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng. Thực tế này làm cho galinstan trở thành chất thay thế thủy ngân không độc hại.

hợp kim niken-silic

Hệ eutectic niken-silicon là một ví dụ về hệ eutectic FF, tức là hệ trong đó cả hai pha đều ở trạng thái kết tinh, tạo thành các chất rắn có mặt được nhúng vào nhau. Thành phần eutectic là 84% niken và 16% silicon. Hệ thống này có đặc điểm là cực kỳ cứng, có khả năng chống mỏi và mài mòn do bám dính.

Người giới thiệu

học thuật. (nd). Galinstan . Từ điển và bách khoa toàn thư về Viện sĩ. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/515650

Biloni, H., & Boettinger, WJ (1996, ngày 1 tháng 1). ĐOÀN KẾT . Luyện kim vật lý (Phiên bản thứ tư, sửa đổi và nâng cao). 1. 669–842. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444898753500132

Kharia, HK (2013, ngày 18 tháng 11). Giản đồ Fe–C . Trình chiếu. https://vi.slideshare.net/RakeshSingh125/fe-cdiagram

Lingai, L., & Nolwelnn, LP (2015, ngày 1 tháng 1). Hệ thống sáng tạo để lưu trữ năng lượng mặt trời nhiệt trong các tòa nhà . Lưu trữ năng lượng mặt trời. 27–62. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124095403000037

Lu, Y., Li, G., Du, Y., Ji, Y., Jin, Q., & Li, T. (2012, ngày 8 tháng 3). Biến đổi điện từ của hợp kim eutectic Ni31Si12-Ni2Si có mặt . Bản tin Khoa học Trung Quốc. https://www.researchgate.net/publication/257688727_Electromagnetic_modification_of_faceted-faceted_Ni31Si12-Ni2Si_eutectic_alloy

Đại học Southampton. (nd). Hóa rắn hợp kim Al-Si . SouthamptonVương quốc Anh. https://www.southampton.ac.uk/%7Epasr1/al-si.htm