P − T − X მდგომარეობის დიაგრამები მასალათმცოდნეობის საფუძველია. ფაზის დიაგრამები, როგორც სხვადასხვა მასალის ურთიერთქმედების აღწერის საშუალება

(1. ფაზების წესი. 2. ფაზური წონასწორობის დიაგრამების ცნებები. 3. სეგმენტების წესი. 4. სახელმწიფო დიაგრამაIIIკეთილი)

1. ფაზების წესი

როდესაც იცვლება კომპონენტების ტემპერატურა ან კონცენტრაცია, სისტემა (შენადნობი) შეიძლება იყოს სხვადასხვა მდგომარეობაში. ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლის პროცესში მასში ხდება ფაზური გარდაქმნები - ჩნდება ახალი ფაზები ან ქრება არსებული ფაზები.

სისტემის მდგომარეობის შეცვლის შესაძლებლობა, ანუ ფაზების რაოდენობა და ქიმიური შემადგენლობა, განისაზღვრება მისი დისპერსიით - თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა.

განმარტება. სისტემის თავისუფლების ხარისხი არის გარე (ტემპერატურა, წნევა) და შიდა (კონცენტრაცია) ფაქტორების რაოდენობა, რომლებიც შეიძლება შეიცვალოს სისტემის ფაზების რაოდენობის შეცვლის გარეშე.

ფაზის წესის განტოლება ( გიბსის კანონი) სისტემას მუდმივი წნევით, რომელიც წარმოიქმნება რამდენიმე კომპონენტისგან, აქვს ფორმა

C \u003d K - F + 1, (3.1)

სადაც C არის თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა (სისტემის ვარიაცია); K არის კომპონენტების რაოდენობა; Ф არის ფაზების რაოდენობა.

ვინაიდან თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა ყოველთვის მეტია ან ტოლია ნულის, ე.ი. C  0, მაშინ პირობა დაკმაყოფილებულია კომპონენტების რაოდენობასა და ფაზებს შორის

Ф  K + 1, (3.2)

შენადნობებში წონასწორობის ფაზების მაქსიმალური შესაძლო რაოდენობის დადგენა.

2. წონასწორობის ფაზის დიაგრამების ცნებები

წონასწორობის ფაზის დიაგრამები ( სახელმწიფო დიაგრამები) გამოიყენება შენადნობების სტრუქტურის შესწავლისას, მათი თერმული დამუშავების რეჟიმების არჩევისას და ა.შ.

წონასწორობის ფაზის დიაგრამა გვიჩვენებს, თუ რომელი ფაზები არსებობს მოცემულ პირობებში (კომპონენტების კონცენტრაცია და ტემპერატურა) წონასწორობის პირობებში. დიაგრამა შეიძლება გამოყენებულ იქნას აგრეგაციის მდგომარეობის, ფაზების რაოდენობისა და ქიმიური შემადგენლობის, აგრეთვე შენადნობის სტრუქტურულ-ფაზური მდგომარეობის დასადგენად, მისი შემადგენელი კომპონენტების ტემპერატურისა და კონცენტრაციის მიხედვით.

ფაზური წონასწორობის დიაგრამა არის „გრაფა“, რომლის აბსციზაზე გამოსახულია კომპონენტების კონცენტრაცია (კომპონენტების საერთო შემცველობა ნებისმიერ შენადნობში არის 100%), ხოლო ორდინატზე არის ტემპერატურა. დიაგრამის x ღერძზე უკიდურესი წერტილები (მარცხნივ და მარჯვნივ) შეესაბამება სუფთა კომპონენტებს. ამ ღერძის ნებისმიერი სხვა წერტილი შეესაბამება შენადნობის კომპონენტების გარკვეულ კონცენტრაციას.

მაგალითად, ორკომპონენტიანი შენადნობისთვის (ნახ. 3.1), წერტილი აშეესაბამება წმინდას, ე.ი. შემცველი 100%, კომპონენტი A, წერტილი IN- სუფთა კომპონენტი B, წერტილი C - შენადნობი, რომელიც შეიცავს 75% A და 25% B, წერტილი დ - შენადნობი, რომელიც შეიცავს 75% B და 25% A. კონცენტრაციის ღერძი მიუთითებს ერთ-ერთი კომპონენტის შემცველობის ცვლილებაზე (ნახ. 3.1 - კომპონენტი B).

ბრინჯი. 3.1 - ფაზური წონასწორობის დიაგრამის კოორდინატები

ფაზური დიაგრამების ასაგებად, სხვადასხვა კომპოზიციის შენადნობები განიხილება სხვადასხვა ტემპერატურაზე. დიაგრამების აგების ტრადიციული მეთოდია თერმული ანალიზის მეთოდი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ შენადნობების გაგრილების მრუდები კოორდინატებში "ტემპერატურა - დრო" - გაგრილების მოსახვევები(შენადნობები).

შენადნობები გაცივებულია ძალიან დაბალი სიჩქარით, ანუ წონასწორობასთან ახლოს მყოფ პირობებში.

გაგრილების დიაგრამების აგება ხორციელდება შემდეგი თანმიმდევრობით:

კოორდინატებში "ტემპერატურა - კონცენტრაცია" დახაზეთ ვერტიკალური ხაზები, რომლებიც შეესაბამება შესწავლილი კომპოზიციების შენადნობებს (რაც უფრო მცირეა კონცენტრაციის საფეხური, მით უფრო ზუსტია დიაგრამა);

გაგრილების მრუდები აგებულია ამ შენადნობებისთვის;

ვერტიკალურ ხაზებზე წერტილები მიუთითებს ტემპერატურაზე, რომლის დროსაც იცვლება ტემპერატურა აგრეგაციის მდგომარეობაან სტრუქტურაშენადნობები;

სხვადასხვა შენადნობების იდენტური გარდაქმნების წერტილები დაკავშირებულია ხაზებით, რომლებიც ზღუდავენ სისტემის იდენტური მდგომარეობის არეებს.

ასეთი კონსტრუქციები შევასრულეთ No1 ლაბორატორიულ სამუშაოში „თუთია-კალის“ მდგომარეობის დიაგრამის აგებისას (“ზნ – sn»).

დიაგრამის გარეგნობა დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ მყარ და თხევად მდგომარეობაში მყოფი კომპონენტები ერთმანეთთან.

უმარტივესი დიაგრამები არის ორობითი (ორმაგი ან ორკომპონენტიანი) სისტემები ( მრავალკომპონენტიანი სისტემები შეიძლება შემცირდეს მათზე "ზედმეტი" კომპონენტების ფიქსირებული მნიშვნელობებით), რომელთა ძირითადი ტიპები მოიცავს შენადნობების მდგომარეობის დიაგრამებს, რომლებიც შედიან მყარი მდგომარეობა(ნორმალურ ტემპერატურაზე):

ა) სუფთა კომპონენტების მექანიკური ნარევები (I სახის);

ბ) შენადნობები კომპონენტების შეუზღუდავი ხსნადობით (II ტიპი);

გ) კომპონენტების შეზღუდული ხსნადობის მქონე შენადნობები (III სახეობა);

დ) შენადნობები ქიმიური ნაერთის წარმოქმნით (IV სახის).

ლექციაში განვიხილავთ ფაზური წონასწორობის დიაგრამების აგებას მესამე სახის ფაზური დიაგრამის მაგალითის გამოყენებით - კომპონენტების შეზღუდული ხსნადობის მქონე შენადნობი (სხვა ტიპის დიაგრამები განიხილება ლაბორატორიულ სამუშაოებში).

მაგრამ ჯერ განვიხილავთ რა არის მნიშვნელოვანი ასეთი დიაგრამების ანალიზისთვის სეგმენტის წესი(ბერკეტი).

შესავალი

1. ფაზური დიაგრამების სახეები

2. მიკროელექტრონიკაში მნიშვნელობის სისტემები

3. მყარი ხსნადობა

4. ფაზის გადასვლები

ლიტერატურა

შესავალი

ფაზური დიაგრამები მასალების თვისებების ნებისმიერი განხილვის განუყოფელი ნაწილია, როდესაც საქმე ეხება სხვადასხვა მასალის ურთიერთქმედებას. ფაზის დიაგრამები განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია მიკროელექტრონიკაში, რადგან ტყვიების და პასიური ფენების დასამზადებლად იქ უნდა იქნას გამოყენებული სხვადასხვა მასალის დიდი ნაკრები. ინტეგრირებული სქემების წარმოებისას სილიციუმი მჭიდრო კავშირშია სხვადასხვა ლითონებთან, ჩვენ განსაკუთრებულ ყურადღებას მივაქცევთ იმ ფაზურ დიაგრამებს, რომლებშიც სილიციუმი ერთ-ერთ კომპონენტად გვევლინება.

ეს ესე განიხილავს რა ტიპის ფაზურ დიაგრამებს, ფაზის გადასვლის კონცეფციას, მყარ ხსნადობას, ნივთიერებათა უმნიშვნელოვანეს სისტემებს მიკროელექტრონიკისთვის.

1. ფაზური დიაგრამების სახეები

ერთფაზიანი მდგომარეობის დიაგრამები არის გრაფიკები, რომლებიც დამოკიდებულია წნევის, მოცულობისა და ტემპერატურის მიხედვით, ასახავს მხოლოდ ერთი მასალის ფაზურ მდგომარეობას. ჩვეულებრივ არ არის მიღებული სამგანზომილებიანი გრაფიკის დახატვა ორგანზომილებიან სიბრტყეზე - ისინი ასახავს მის პროექციას ტემპერატურის წნევის სიბრტყეზე. ერთფაზიანი მდგომარეობის დიაგრამის მაგალითი მოცემულია ნახ. 1.

ბრინჯი. 1. ერთფაზიანი მდგომარეობის დიაგრამა

დიაგრამა ნათლად ასახავს ტერიტორიებს, რომლებშიც მასალა შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ ერთ ფაზაში - როგორც მყარი, თხევადი ან აირის სახით. დემარკირებული ხაზების გასწვრივ, ნივთიერებას შეიძლება ჰქონდეს ორი ფაზის მდგომარეობა (ორი ფაზა) ერთმანეთთან კონტექსტში. ნებისმიერი კომბინაცია ხდება: მყარი - თხევადი, მყარი - ორთქლი, თხევადი - ორთქლი. დიაგრამის ხაზების გადაკვეთის წერტილში, ე.წ. სამმაგი წერტილი, სამივე ფაზა შეიძლება ერთდროულად არსებობდეს. უფრო მეტიც, ეს შესაძლებელია ერთ ტემპერატურაზე, ამიტომ სამმაგი წერტილი ემსახურება როგორც კარგი ტემპერატურის საორიენტაციო წერტილი. როგორც წესი, საცნობარო წერტილი არის წყლის სამმაგი წერტილი (მაგალითად, თერმოწყვილების გამოყენებით ზუსტი გაზომვებისას, სადაც საცნობარო შეერთება კონტაქტშია ყინულ-წყალი-ორთქლის სისტემასთან).

ორმაგი ფაზის დიაგრამა (ორმაგი სისტემის მდგომარეობის დიაგრამა) წარმოადგენს სისტემის მდგომარეობას ორი კომპონენტით. ასეთ დიაგრამებში ტემპერატურა გამოსახულია ორდინატთა ღერძის გასწვრივ, ხოლო ნარევის კომპონენტების პროცენტი გამოსახულია აბსცისის ღერძის გასწვრივ (ჩვეულებრივ, ეს არის მთლიანი მასის პროცენტი (წონა%), ან მთლიანი რიცხვის პროცენტი. ატომების (at.%). წნევა ჩვეულებრივ ვარაუდობენ 1 ატმ. თუ განიხილება თხევადი და მყარი ფაზები, მოცულობის გაზომვა უგულებელყოფილია. ნახ. 2. აჩვენებს ტიპიური ორფაზიანი მდგომარეობის დიაგრამას A და B კომპონენტებისთვის წონის ან ატომური პროცენტის გამოყენებით.

ბრინჯი. 2. ორფაზიანი მდგომარეობის დიაგრამა

ასო  აღნიშნავს A ნივთიერების ფაზას B გამხსნელთან ერთად,  აღნიშნავს B ნივთიერების ფაზას მასში გახსნილი A ნივთიერებით და  +  აღნიშნავს ამ ფაზების ნარევს. ასო (თხევადიდან - სითხე) ნიშნავს თხევად ფაზას, ხოლო L+ და L+ ნიშნავს თხევადი ფაზას პლუს ფაზას ან შესაბამისად. ფაზების გამყოფ ხაზებს, ანუ ხაზებს, რომლებზეც შეიძლება არსებობდეს ნივთიერების სხვადასხვა ფაზა, აქვს შემდეგი სახელები: სოლიდუსი - ხაზი, რომელზეც  ან  ფაზები ერთდროულად არსებობს L +  და L +  ფაზებთან, შესაბამისად; solvus არის ხაზი, რომელზედაც ფაზები  და  +  ან  და  +  ერთდროულად თანაარსებობენ, ხოლო liquidus არის ხაზი, რომელზედაც ერთდროულად არსებობს ფაზა L და ფაზა L+ ან L+.

ორი ლიკვიდუსის ხაზის გადაკვეთის წერტილი ხშირად არის ყველაზე დაბალი დნობის წერტილი A და B ნივთიერებების ყველა შესაძლო კომბინაციისთვის და მას ევტექტიკური წერტილი ეწოდება. ნარევს კომპონენტების თანაფარდობით ევტექტიკურ წერტილში ეწოდება ევტექტიკური ნარევი (ან უბრალოდ ევტექტიკა).

მოდით განვიხილოთ, როგორ ხდება ნარევის გადასვლა თხევადი მდგომარეობიდან (დნობა) მყარ მდგომარეობაში და როგორ გვეხმარება ფაზის დიაგრამა მოცემულ ტემპერატურაზე არსებული ყველა ფაზის წონასწორული შემადგენლობის პროგნოზირებაში. მივმართოთ ნახ. 3.

ბრინჯი. 3. ორფაზიანი მდგომარეობის დიაგრამა, რომელიც აჩვენებს გამაგრების პროცესებს

დავუშვათ, რომ ნარევს დასაწყისში ჰქონდა C M შემადგენლობა T 1 ტემპერატურაზე, T 1-დან T 2-მდე ტემპერატურაზე არის თხევადი ფაზა, ხოლო T 2 ტემპერატურაზე L და  ფაზები ერთდროულად არსებობს. წარმოდგენილი L ფაზის შემადგენლობა არის C M,  ფაზის შემადგენლობა არის C  1. ტემპერატურის შემდგომი შემცირებით T 3-მდე სითხის შემადგენლობა იცვლება ლიკვიდუსის მრუდის გასწვრივ, ხოლო  ფაზის შემადგენლობა იცვლება სოლიდუსის მრუდის გასწვრივ, სანამ ის არ გადაიკვეთება იზოთერმასთან (ჰორიზონტალურ ხაზთან) T 3-თან. ახლა L ფაზის შემადგენლობა არის C L , ხოლო ფაზის შემადგენლობა არის C  2 . უნდა აღინიშნოს, რომ C  2 შემადგენლობას უნდა ჰქონდეს არა მხოლოდ ნივთიერება, რომელიც გადავიდა ფაზაში  T 3 ტემპერატურაზე, არამედ ყველა ნივთიერებას, რომელიც გადავიდა  ფაზაში მაღალ ტემპერატურაზე, უნდა ჰქონდეს შემადგენლობა. C  2 . კომპოზიციების ეს გასწორება უნდა მოხდეს A კომპონენტის მყარ მდგომარეობაში დიფუზიით არსებულ  ფაზაში, ისე, რომ T 3 ტემპერატურის მიღწევისას,  ფაზაში არსებულ ყველა ნივთიერებას ექნება შემადგენლობა C  2 . ტემპერატურის შემდგომი კლება ევტექტიკურ წერტილამდე მიგვიყვანს. მასში  და  ფაზები თხევად ფაზასთან ერთდროულად არსებობს. დაბალ ტემპერატურაზე მხოლოდ  და  ფაზები არსებობს. წარმოიქმნება C E კომპოზიციის  და  ფაზების ნარევი აგრეგატებთან  საწყისი შემადგენლობით C  3. შემდეგ, ამ ნარევის დიდხანს შენახვით ევტექტიკის ქვემოთ ტემპერატურაზე, შეგიძლიათ მიიღოთ მყარი. შედეგად მიღებული მყარი სხეული შედგება ორი ფაზისგან. თითოეული ფაზის შემადგენლობა შეიძლება განისაზღვროს იზოთერმის გადაკვეთის ადგილზე შესაბამის solvus ხაზთან.

ახლახან ნაჩვენებია, თუ როგორ განვსაზღვროთ თითოეული არსებული ფაზის შემადგენლობა. ახლა განვიხილოთ ნივთიერების რაოდენობის განსაზღვრის პრობლემა თითოეულ ფაზაში. დაბნეულობის თავიდან ასაცილებლად, ნახ. 4. კიდევ ერთხელ ნაჩვენებია მარტივი ორფაზიანი დიაგრამა. დავუშვათ, რომ T 1 ტემპერატურაზე დნობის შემადგენლობაა C M (იგულისხმება კომპონენტი B), მაშინ T 2 ფაზაზე L აქვს შემადგენლობა CL, ხოლო  ფაზას ექნება შემადგენლობა C s. მოდით M L იყოს ნივთიერების მასა მყარ მდგომარეობაში, ხოლო M S იყოს ნივთიერების მასა მყარ მდგომარეობაში. მთლიანი მასის შენარჩუნების პირობა მივყავართ შემდეგ განტოლებამდე

(M L + M S)C M = M L C L + M S C S.

ბრინჯი. 4. დონის წესი

ის ასახავს იმ ფაქტს, რომ ნივთიერების მთლიანი მასა T 1 ტემპერატურაზე, გამრავლებული B პროცენტზე, არის B ნივთიერების საერთო მასა. ის უდრის B ნივთიერების მასების ჯამს, რომელიც არსებობს სითხეში და. მყარი ფაზები T 2 ტემპერატურაზე. ამ განტოლების ამოხსნით, მივიღებთ

. (1)

ეს გამოთქმა ცნობილია როგორც "დონის წესი". ამ წესის გამოყენებით, დნობის საწყისი შემადგენლობის და მისი მთლიანი მასის ცოდნით, შესაძლებელია ორივე ფაზის მასების და B ნივთიერების ოდენობის დადგენა ნებისმიერ ფაზაში ორფაზიანი დიაგრამის ნებისმიერი ნაწილისთვის. ანალოგიურად, შეიძლება გამოთვალოთ

ნახ. 5. გვიჩვენებს დნობის გამაგრების სხვა მაგალითს. ტემპერატურის შემცირება T 1-დან T 2-მდე იწვევს L და  ფაზების შერევას C M და C  შემადგენლობით, შესაბამისად. შემდგომი გაგრილებით, L შემადგენლობა იცვლება ლიკვიდუსის გასწვრივ, ხოლო შემადგენლობა  - სოლიდუსის გასწვრივ, როგორც ეს ადრე იყო აღწერილი. როდესაც მიიღწევა T 3 ტემპერატურა, შემადგენლობა  გახდება C M-ის ტოლი და, როგორც დონის წესიდან გამომდინარეობს, T3-ზე დაბალ ტემპერატურაზე, თხევადი ფაზა ვერ იარსებებს. T4-ზე დაბალ ტემპერატურაზე  და  ფაზები არსებობს  და  ფაზების აგრეგატებად. მაგალითად, T 5 ტემპერატურაზე  ფაზის აგრეგატებს ექნებათ შემადგენლობა, რომელიც განისაზღვრება T 5 იზოთერმისა და  solvus-ის გადაკვეთით.  შემადგენლობა განისაზღვრება ანალოგიურად - იზოთერმისა და  solvus-ის გადაკვეთით.

ბრინჯი. 5. ორფაზიანი დიაგრამა და გამაგრების პროცესის ოდენობა A ნივთიერების ნებისმიერ ფაზაში

ორფაზიანი დიაგრამის რეგიონები, რომლებსაც აქამდე  და  ეძახდნენ, არის მყარი ხსნადობის რეგიონები: A და B იხსნება  რეგიონში. A-ს მაქსიმალური რაოდენობა, რომელიც შეიძლება დაიშვას B-ში მოცემულ ტემპერატურაზე, დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. . ევტექტიკის ან უფრო მაღალ ტემპერატურაზე შეიძლება მოხდეს A და B-ს სწრაფი შერწყმა. თუ მიღებული შენადნობი სწრაფად გაცივდა, მაშინ A ატომები შეიძლება "დაიჭირონ" B ქსელში. მაგრამ თუ მყარი ხსნადობა ოთახის ტემპერატურაზე გაცილებით დაბალია (ეს მიუთითებს, რომ ამ ტემპერატურაზე განხილული მიდგომა არ არის ძალიან შესაფერისი), მაშინ შენადნობაში შეიძლება წარმოიშვას ძლიერი ძაბვები, რაც მნიშვნელოვნად იმოქმედებს მის თვისებებზე (მნიშვნელოვანი სტრესების არსებობისას წარმოიქმნება ზეგაჯერებული მყარი ხსნარები და სისტემა არ არის წონასწორობაში. მდგომარეობა, ხოლო დიაგრამა გვაწვდის ინფორმაციას მხოლოდ წონასწორობის მდგომარეობების შესახებ). ზოგჯერ ასეთი ეფექტი სასურველია, მაგალითად, ფოლადის გამკვრივებისას მარტენზიტის მისაღებად. მაგრამ მიკროელექტრონიკაში მისი შედეგი დამღუპველი იქნება. ამიტომ დოპინგი, ანუ სილიკონში დანამატების დამატება დიფუზიამდე, ტარდება ამაღლებულ ტემპერატურაზე ისე, რომ თავიდან აიცილოს ზედაპირის დაზიანება ზედმეტი შენადნობის გამო. თუ სუბსტრატში დოპანტის რაოდენობა აღემატება მყარი ხსნადობის ზღვარს ნებისმიერ ტემპერატურაზე, მაშინ ჩნდება მეორე ფაზა და მასთან დაკავშირებული დეფორმაცია.

2. ნივთიერებების სისტემები, რომლებიც მნიშვნელოვანია მიკროელექტრონიკაში

არსებობს მთელი რიგი მასალები, რომლებიც ერთმანეთში სრულიად ხსნადია. ამის მაგალითია მიკროელექტრონიკისთვის ორი ისეთი მნიშვნელოვანი ნივთიერების სისტემა, როგორიცაა სილიციუმი და გერმანიუმი. სილიკონ-გერმანიუმის სისტემა ნაჩვენებია ნახ. 6.

ბრინჯი. 6. სისტემა სილიციუმი - გერმანიუმი

დიაგრამას არ აქვს ევტექტიკური წერტილი. ასეთ დიაგრამას იზომორფული ეწოდება. ორი ელემენტი რომ იყოს იზომორფული, ისინი უნდა დაემორჩილონ ჰიუმ-როტერიის წესებს, ე.ი. აქვთ განსხვავება ატომური რადიუსების მნიშვნელობებში არაუმეტეს 15%-ით, იგივე ალბათობით, იგივე კრისტალური გისოსებით და, გარდა ამისა, დაახლოებით იგივე ელექტრონეგატიურობა (ატომის ელექტროუარყოფითობა არის მისი თანდაყოლილი ოჯახი დამატებითი მოზიდვის ან დაჭერის მიზნით. ელექტრონები, კოვალენტური ბმებით). Cu-Ni, Au-Pt და Ag-Pd სისტემები ასევე იზომორფულია.

Pb-Sn სისტემა არის მარტივი ორობითი სისტემის კარგი მაგალითი მნიშვნელოვანი, თუმცა შეზღუდული, მყარი ხსნადობით. ამ სისტემის მდგომარეობის ფაზური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 7. სოლიდუსის და სოლვუსის გადაკვეთის წერტილს ეწოდება სასაზღვრო ხსნადობა, დიდი იქნება როგორც კალის ტყვიაში, ისე ტყვიის ხსნადობის სასაზღვრო მნიშვნელობა. ეს სისტემა მნიშვნელოვანია მიკროელექტრონიკისთვის, თუნუქის ტყვიის სამაგრების ფართო გამოყენების გამო. ამ სისტემის მათი ორფაზიანი დიაგრამა გვიჩვენებს, თუ როგორ იცვლება შენადნობის შემადგენლობის შეცვლა მისი დნობის წერტილი. როდესაც მიკროსქემის დამზადებისას საჭიროა რამდენიმე თანმიმდევრული შედუღება, ყოველი შემდგომი შედუღებისთვის გამოიყენება შედუღება ქვედა დნობის წერტილით. ეს კეთდება ისე, რომ ადრე დამზადებული შედუღება არ მიედინება.

ბრინჯი. 7. ტყვია-კალის სისტემის მდგომარეობების ფაზური დიაგრამა

მიკროსქემების წარმოებისთვის ასევე მნიშვნელოვანია Au-Si სისტემის თვისებები, ვინაიდან ამ სისტემის ევტექტიკური ტემპერატურა უკიდურესად დაბალია სუფთა ოქროს ან სუფთა სილიციუმის დნობის წერტილებთან შედარებით (ნახ. 9). ოქროს ხსნადობა სილიციუმში და სილიციუმი ოქროში ძალიან მცირეა ჩვეულებრივი ფაზის დიაგრამაში გამოსატანად. დაბალი ევტექტიკური ტემპერატურის გამო, ხელსაყრელია ჩიპების დაყენება ოქროს სუბსტრატებზე, დამჭერებზე ან დაფებზე ოქროს ბალიშებით Au-Si ევტექტიკური რეაქციის გამოყენებით შედუღების (ან შედუღების) მთავარ მექანიზმად. სილიკონის კრისტალების შედუღებისთვის ასევე გამოიყენება ოქრო, რომელიც შეიცავს რამდენიმე პროცენტიან გერმანიუმს.

ელემენტების კომბინაციებს, რომლებიც ქმნიან ქიმიურ ნაერთებს, აქვთ უფრო რთული მდგომარეობის დიაგრამები. ისინი შეიძლება დაიყოს ორ (ან მეტ) მარტივ დიაგრამად, თითოეული მიუთითებს კავშირების კონკრეტულ წყვილზე, ან კავშირზე და ელემენტებზე. მაგალითად, AuAl 2 წარმოიქმნება, როდესაც ოქროს 33% (ატომური პროცენტი) შერწყმულია ალუმინისთან 1060 °-ზე ნაკლებ ტემპერატურაზე (ნახ. 2.10). ამ ხაზის მარცხნივ, AuAl 2 და სუფთა ალუმინის ფაზა თანაარსებობენ. ნაერთებს, როგორიცაა AuAl 2, ეწოდება ინტერმეტალური და წარმოიქმნება ორი ელემენტის შესაბამისი სტექიომეტრიული თანაფარდობით. მეტალთაშორისი ნაერთები ხასიათდება მაღალი დნობის წერტილით, რთული კრისტალური სტრუქტურით და, გარდა ამისა, მყარი და მყიფეა.

Au - Al მდგომარეობების ფაზური დიაგრამა შეიძლება დაიყოს ორ ან მეტ დიაგრამად, მაგალითად, Al - AuAl 2 დიაგრამა და AuAl 2 - Au დიაგრამა.

ბრინჯი. 8. ალუმინის-სილიკონის სისტემა

Au–Al სისტემის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 2.10 უკიდურესად მნიშვნელოვანია მიკროელექტრონიკაში, რადგან ოქროს მავთულები, როგორც წესი, დაკავშირებულია სილიკონის თავზე მდებარე ალუმინის მეტალიზაციის ფენასთან. აქ ჩამოთვლილია რამდენიმე მნიშვნელოვანი მეტალთაშორისი ნაერთი: AuAl 2, Au 2 Al, Au 5 Al 2 და Au 4 Al. ყველა მათგანი შეიძლება იყოს Au-Al ობლიგაციების გამტარებლებში.

ბრინჯი. 9. ოქრო-სილიკონის სისტემა

ბრინჯი. 10. ოქრო - ალუმინის სისტემა

3. მყარი ხსნადობა

სილიციუმში დოპანტების უმეტესობის შემზღუდველი ხსნადობა უკიდურესად დაბალია და ნამდვილად არ არის მაქსიმალური ხსნადობა. ნახ. 11 გვიჩვენებს ტიპიური სოლიდუსის მრუდი სილიკონისგან თავისუფალი მინარევისთვის. გაითვალისწინეთ, რომ ხსნადობა იზრდება ტემპერატურასთან ერთად გარკვეულ მნიშვნელობამდე და შემდეგ მცირდება ნულამდე სილიციუმის დნობის ტემპერატურაზე. ასეთ მრუდს რეტროგრადული ხსნადობის მრუდი ეწოდება. ამ დიაგრამის გაუმჯობესებული ვერსია სილიციუმის დნობის წერტილის სიახლოვეს ნაჩვენებია ნახ. 12.

ბრინჯი. 11 სილიციუმის რეტროგრადული ხსნადობა

ბრინჯი. 12 ტიპიური სილიკონის ფაზის დიაგრამა

თუ სილიციუმის დნობის შემადგენლობა ტოლია C M-ის ხსნარის მასის პროცენტში, მაშინ სილიციუმი გამაგრდება ხსნარის შემცველობით kC M, სადაც k არის სეგრეგაციის კოეფიციენტი (k=C S /C L). როდესაც კონცენტრაცია მყარში მიაღწევს C M-ის მნიშვნელობას გაყინვისას, კონცენტრაცია თხევად ხსნარში იქნება C M/k-ის ტოლი, ვინაიდან თხევად და მყარ ეკრანებში კონცენტრაციების თანაფარდობა უნდა იყოს k-ის ტოლი. ამიტომ სოლიდუსის ხაზის დახრილობაა

,

ხოლო ლიკვიდუსის დახრილობა არის

.

ლიკვიდუსის და სოლიდუსის ფერდობების თანაფარდობა გამოდის ტოლი სეგრეგაციის კოეფიციენტის

. (2)

4. ფაზის გადასვლები

სისტემის პარამეტრების შეცვლისას ერთი ფაზის მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლა.

პირველი სახის ფაზური გადასვლები (აორთქლება, კონდენსაცია, დნობა, კრისტალიზაცია, ერთი ბროლის მოდიფიკაციიდან მეორეზე გადასვლა).

ნივთიერებების კრისტალური მდგომარეობა კლასიფიცირებულია შვიდი სინგონიის მიხედვით (ტრიკლინიკური, მონოკლინიკური, რომბული, ტეტრაგონალური, ტრიგონალური ან რომბის ...., ექვსკუთხა, კუბური), ხოლო ატომების განლაგება ამ სინგონიებში ხასიათდება 14 ტიპის გისოსებით (Brave გისოსი). ამ გისოსებში ატომების შეფუთვის ხარისხი განსხვავებულია:

მარტივი კუბური f = 0,52

მოცულობა ორიენტირებული კუბური f = 0.68

FCC f = 0.74

ექვსკუთხა დახურვის შეფუთვა f = 0.74

ამ მონაცემებიდან გამომდინარეობს ძალიან მნიშვნელოვანი დასკვნა: პოლიმორფული გარდაქმნების დროს (კრისტალური გისოსის ტიპის ცვლილება) ხდება მოცულობის და, შესაბამისად, მასალების ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების ცვლილება.

პირველი ტიპის გადასვლებში, გარდამავალ წერტილში თანაარსებობს ორი ფაზა.

A  B 

ა) გადასვლა ხორციელდება გარკვეულ ტემპერატურაზე T თითო

ბ) გადასვლისას ენერგიის პირველი წარმოებულები მკვეთრად იცვლება: ენთალპია, ენტროპია, მოცულობა (შესაბამისად, სიმკვრივე)

მეორე ტიპის ფაზის გადასვლები

მეორე სახის გადასვლების დროს, თავისუფალი ენერგიის პირველი წარმოებულები, ენთალპია, ენტროპია, მოცულობა და სიმკვრივე მონოტონურად იცვლება.

ბარიუმის ტიტანატი – კუბური სტრუქტურა –> ტეტრაგონალური ტიპიური პიეზოელექტრული.

MnO არის ანტიფერომაგნიტი 117 K-ზე გადადის პარამაგნიტურ ფაზაში.

1. Eripresit-ის მიერ 1933 წელს შემოთავაზებული ფაზური გარდაქმნების კლასიფიკაციის მიხედვით, გარდაქმნები იყოფა პირველი და მეორე სახის ტრანსფორმაციებად (გადასვლებად).

პირველი ტიპის გადასვლები ხასიათდება იმით, რომ თერმოდინამიკური პოტენციალის პირველი წარმოებულები  ტემპერატურისა და წნევის მიმართ იცვლება ეტაპობრივად.

აქ S არის ენტროპია, V არის მოცულობა

ვინაიდან თერმოდინამიკური პოტენციალი ფაზის გადასვლისას მუდმივად იცვლება, განისაზღვრება გამოხატულებით

მაშინ ენერგია U ასევე მკვეთრად უნდა შეიცვალოს. იმიტომ რომ

შემდეგ გადასვლის სითბო

უდრის ტემპერატურის ნამრავლს და ფაზების ენტროპიის სხვაობას, ანუ სითბოს მკვეთრ ცვლილებას ან შთანთქმას.

მნიშვნელოვანია თერმოდინამიკური პოტენციალის უწყვეტი ცვლილება. ფუნქციები (T) და (T) არ ცვლიან მახასიათებლებს ფაზის გარდამავალი წერტილის მახლობლად, ხოლო თერმოდინამიკური პოტენციალის მინიმალურია ფაზის გარდამავალი წერტილის ორივე მხარეს.

ეს ფუნქცია ხსნის ფაზების გადახურების ან სუპერგაგრილების შესაძლებლობას სისტემაში ფაზური გადასვლის შემთხვევაში.

განვსაზღვროთ კავშირი თერმოდინამიკური ფუნქციების ნახტომებსა და . ტემპერატურის მიმართ დიფერენცირების შემდეგ, კავშირი ფუნქცია (Р, Т) = (Р, Т), S, V და q გამოთქმის გათვალისწინებით, ვიღებთ.

ეს არის კლაუსისის ცნობილი ფორმულა. ეს საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ წონასწორობაში მყოფი ფაზების წნევის ცვლილება ტემპერატურის ცვლილებით ან ორ ფაზას შორის გადასვლის ტემპერატურის ცვლილება წნევის ცვლილებით. მოცულობის მკვეთრი ცვლილება იწვევს სტრუქტურასა და ფაზების სისტემას შორის გარკვეული კავშირის არარსებობას, რომლებიც ტრანსფორმირდება პირველი რიგის ფაზის გადასვლის დროს, რაც, შესაბამისად, იცვლება მკვეთრად.

პირველი ტიპის ფაზური გადასვლებისთვის დამახასიათებელია გადასვლები მატერიის საერთო მდგომარეობებს შორის, ალოტროპული გარდაქმნები და მრავალი ფაზის გარდაქმნა მრავალკომპონენტიან მასალებში.

ფუნდამენტური განსხვავება მეორე რიგის ფაზურ გადასვლებსა და პირველი რიგის ფაზურ გადასვლებს შორის არის შემდეგი: მეორე რიგის გადასვლები ხასიათდება როგორც თერმოდინამიკური პოტენციალის ცვლილების უწყვეტობით, ასევე თერმოდინამიკური პოტენციალის წარმოებულების ცვლილების უწყვეტობით.

ქიმიური წონასწორობა

თერმოდინამიკური ფუნქცია - მდგომარეობის ფუნქცია, რომელიც განსაზღვრავს თერმოდინამიკური პოტენციალების ცვლილებას სისტემაში ნაწილაკების რაოდენობის ცვლილებით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არსებობს ფუნქცია, რომელიც განსაზღვრავს კომპონენტის სპონტანური გადასვლის მიმართულებას და ზღვარს ერთი ფაზიდან მეორეში შესაბამისი გარდაქმნებისა და პირობების პირობებში (T, P, V, S, n i).

თერმოდინამიკური პოტენციალი ერთმანეთთან დაკავშირებულია შემდეგი ურთიერთობებით

ნივთიერების რაოდენობა გრამებში; - ნივთიერების რაოდენობა მოლში;

M არის შესაბამისი ნივთიერების მოლეკულური წონა.

მყარი ხსნარების თეორიისთვის, რომელზედაც ყველა მიკროელექტრონული მოწყობილობა მუშაობს, გიბსის მიერ შემუშავებული ქიმიური პოტენციალის მეთოდს დიდი მნიშვნელობა აქვს. ქიმიური წონასწორობა შეიძლება განისაზღვროს ქიმიური პოტენციალის გამოყენებით.

ქიმიური პოტენციალი ხასიათდება ენერგიით 1 ატომზე

ქიმიური პოტენციალი; G არის გიბსის ენერგია;

N o - ავოგადროს ნომერი, N A - L \u003d mol -1

ანუ (P, T) = (P, T)

ორივე მრუდი ახასიათებს ტემპერატურის მონოტონურ შემცირებას, რაც განსაზღვრავს ფაზის ენტროპიის მნიშვნელობას

ფაზური დიაგრამები არის მასალის თვისებების განხილვის განუყოფელი ნაწილი, როდესაც საქმე ეხება სხვადასხვა მასალის ურთიერთქმედებას.

ერთფაზიანი მდგომარეობის დიაგრამები ასახავს მხოლოდ ერთი მასალის ფაზურ მდგომარეობას.

ორმაგი ფაზის დიაგრამა (ორმაგი სისტემის მდგომარეობის დიაგრამა) წარმოადგენს სისტემის მდგომარეობას ორი კომპონენტით.

ელემენტების კომბინაციებს, რომლებიც ქმნიან ქიმიურ ნაერთებს, აქვთ უფრო რთული მდგომარეობის დიაგრამები.

ლიტერატურა

1. Ormont BF შესავალი ფიზიკურ ქიმიაში და ნახევარგამტარების კრისტალურ ქიმიაში. - მ .: უმაღლესი სკოლა, 1973 წ.

2. ფიზიკური მეტალურგია / რედაქტორი Kahn R., ტ. 2. ფაზური გარდაქმნები. მეტალოგრაფია. – მ.: მირი, 1968 წ.

3. იუ.მ. ტაიროვი, ვ.ფ. ცვეტკოვი "ნახევარგამტარული და დიელექტრიკული მასალების ტექნოლოგია", - მ .: უმაღლესი სკოლა, 1990 წ.

4. „ნახევარგამტარებისა და ნახევარგამტარული მოწყობილობების სახელოსნო“, /რედ. შალიმოვა კ.ვ. - მ .: უმაღლესი სკოლა, 1968 წ.

განვიხილოთ პ− თ− Xდიაგრამები ბინარული სისტემებისთვის. ინტენსიური სასწავლო სამუშაო პ− თ− Xმდგომარეობის დიაგრამებმა აჩვენა, რომ მაღალი წნევის გამოყენება (ათობით და ასობით ათასი ატმოსფერო) ზოგიერთ შემთხვევაში იწვევს მდგომარეობის დიაგრამის ტიპის ცვლილებას, ფაზური და პოლიმორფული გარდაქმნების ტემპერატურის მკვეთრ ცვლილებას, ახალი ფაზები, რომლებიც არ არის მოცემულ სისტემაში ატმოსფერული წნევის დროს. მაგალითად, დიაგრამა, რომელსაც აქვს შეუზღუდავი ხსნადობა მყარ მდგომარეობაში მაღალ ტემპერატურაზე და მყარი ხსნარის α1 + α2 დაშლა ორ მყარ ხსნარში დაბალ ტემპერატურაზე, შეიძლება თანდათან გადაიზარდოს ევტექტიკის დიაგრამაში მზარდი წნევით (იხ. ნახ. 4.18, ა). ნახ. 4.18, ბგვიჩვენებს Ga–P სისტემის ფაზურ დიაგრამას, რომელშიც წარმოიქმნება GaP ნახევარგამტარული ნაერთი. წნევის მიხედვით, ეს ნაერთი შეიძლება დნება კონგრუენტულად ან არათანმიმდევრულად. შესაბამისად იცვლება ორმაგი დიაგრამის გარეგნობაც. თ− Xსხვადასხვა იზობარულ მონაკვეთებზე სამმაგი პ− თ− Xდიაგრამები.

პრაქტიკაში, მოცულობა პ− თ− Xსქემები ძალიან იშვიათია. ჩვეულებრივ ფაზური გარდაქმნები სამგანზომილებიანად პ− თ− Xანა სქემები

ბრინჯი. 4.18. ა- პ− თ− Xდიაგრამა; ბ- პ− თ− Xმდგომარეობის დიაგრამა

Ga–P სისტემები თანმიმდევრულად და არათანმიმდევრულად დნობის GaP ნაერთებით

წნევაზე დამოკიდებული.

lyse გამოყენებით მათი პროგნოზები თვითმფრინავი პ− თ, თ− Xდა პ− X, ისევე როგორც სხვადასხვა სექციები ტემპერატურის ან წნევის მუდმივ მნიშვნელობებზე (იხ. სურ. 4.18, ა).

გაითვალისწინეთ, რომ სისტემაში ფაზური გარდაქმნების გაანალიზებისას ერთმანეთისგან უნდა განვასხვავოთ პ− თ− Xფაზის დიაგრამები, რომელშიც დისოციაციის წნევა პ dis9 პატარა და პფაზურ დიაგრამაში არის გარე წნევა და რომელშიც დისოციაციის წნევა მაღალია და პ- ეს პდის. სისტემებში, რომელთა კომპონენტებს აქვთ დაბალი დისოციაციის წნევა და რომლებშიც ნარევის მაქსიმალური დნობის წერტილი არის ყველაზე დაბალი დუღილის წერტილის ქვემოთ (სისტემაში არ არის აქროლადი კომპონენტები), შეიძლება უგულებელყო გაზის ფაზის როლი ფაზურ გარდაქმნებში. თუ რომელიმე კომპონენტის დისოციაციის წნევა მაღალია (სისტემა შეიცავს უაღრესად აქროლად კომპონენტებს), მაშინ გაზის ფაზის შემადგენლობა მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული როგორც სითხის ზემოთ, ისე ქვემოთ ტემპერატურაზე.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ ფაზის დიაგრამები პ dis − თ− Xმაღალი

დისოციაციის წნევა (ფაზის დიაგრამები აქროლადი კომპონენტებით). უნდა აღინიშნოს, რომ მათზე ყურადღება გაიზარდა ნახევარგამტარულ ელექტრონიკაში აქროლადი კომპონენტების შემცველი ნაერთების გაზრდილი როლის გამო. მაგალითად, ეს მოიცავს IIIBV ნაერთებს, რომლებიც შეიცავს ფოსფორისა და დარიშხანის აქროლად კომპონენტებს, AIIBVI ნაერთებს, რომლებიც შეიცავს ვერცხლისწყალს, AIVBVI გოგირდს და ა.შ.

ყველა ნახევარგამტარ ნაერთს აქვს ჰომოგენურობის მეტ-ნაკლებად გაფართოებული რეგიონი, ანუ მათ შეუძლიათ დაითხოვონ საკუთარ თავში.

9 პწონასწორობის ყველა ფაზის დისოციაციის მოცემული პირობებისთვის წონასწორობის წნევა. თუ სისტემაში არის ერთი არასტაბილური კომპონენტი პ dis არის სისტემის უაღრესად არასტაბილური კომპონენტის წონასწორული დისოციაციის წნევა.

რომელიმე კომპონენტი, რომელიც აღემატება სტოქიომეტრულ შემადგენლობას, ან მესამე კომპონენტს.

ნებისმიერი გადახრა სტოქიომეტრიული შემადგენლობისგან მოქმედებს ელექტრულ თვისებებზე (იხ. თავი 3). მაშასადამე, სასურველი თვისებების მქონე აქროლადი კომპონენტის შემცველი კრისტალების რეპროდუცირებად მისაღებად აუცილებელია მოცემული შემადგენლობის ნაერთების რეპროდუცირებად მიღებაც.

ამასთან, ნაერთის ერთ-ერთი კომპონენტის არასტაბილურობა იწვევს სტოქიომეტრიული შემადგენლობისგან გადახრას ვაკანსიების წარმოქმნის გამო - ანიონური ან კატიონური - იმისდა მიხედვით, თუ რომელი კომპონენტის დისოციაციის წნევაა უფრო მაღალი და, შესაბამისად, სხვა კომპონენტის ჭარბი რაოდენობა. . როგორც უკვე განვიხილეთ თავში. 3, რიგ ნაერთებში ვაკანსიებს შეუძლიათ შექმნან მიმღების ან დონორის დონეები, რითაც იმოქმედებს ფიზიკურ თვისებებზე.

A და B პოზიციებზე ვაკანსიების ფორმირების ენერგია პრაქტიკულად არასოდეს არ არის იგივე; შესაბამისად, ანიონური და კატიონური ვაკანსიების კონცენტრაცია ასევე განსხვავებულია და ნაერთის ჰომოგენურობის რეგიონი ასიმეტრიული აღმოჩნდება სტექიომეტრიული შემადგენლობის მიმართ. შესაბამისად, პრაქტიკულად ყველა ნაერთისათვის დნობის მაქსიმალური ტემპერატურა არ შეესაბამება სტოქიომეტრული შემადგენლობის შენადნობას.10

არასტაბილურობის გამო ნაერთის შემადგენლობის ცვლილება შეიძლება თავიდან იქნას აცილებული მისი დნობის ან ხსნარის გაზრდით აქროლადი კომპონენტის გარე წნევაზე, რომელიც ტოლია დისოციაციის წნევის ზრდის ტემპერატურაზე. ეს პირობა არჩეულია გამოყენებით პ dis − თ– Xდიაგრამები.

შენადნობებში ძალიან აქროლადი კომპონენტის დისოციაციის წნევა ძლიერ დამოკიდებულია მის შემადგენლობაზე, როგორც წესი, მცირდება ამ კომპონენტის კონცენტრაციის შემცირებით, მაგალითად, In-As სისტემისთვის (დარიშხანის დისოციაციის წნევა მცირდება თითქმის ოთხი რიგის მასშტაბები დარიშხანის კონცენტრაციის შემცირებით 100-დან 20%-მდე დიაპაზონში). შედეგად, ნაერთში აქროლადი კომპონენტის დისოციაციის წნევა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე დისოციაციის წნევა სუფთა კომპონენტზე იმავე ტემპერატურაზე.

ეს გარემოება გამოიყენება ამ ნაერთის მისაღებად ორტემპერატურულ სქემაში. ერთ ღუმელში იქმნება ორი ტემპერატურული ზონა.

10 თუმცა, ნაერთებისთვის, კერძოდ AIII BV, ჰომოგენურობის ვიწრო ზონით და ნაერთების უმეტესობა, კერძოდ AIV BVI, ერთგვაროვნების რეგიონის საშუალო სიგანით, გამოიყენება კონგრუენტულად დნობის ნაერთების კონცეფცია, ვინაიდან ფაქტობრივი გადახრებია. ნაერთის დნობის წერტილი სტოქიომეტრიული ნაერთის დნობის წერტილიდან უმნიშვნელოა.

ბრინჯი. 4.19. პ dis − თგანყოფილება პ dis − თ− X Pb–S სისტემის მდგომარეობის დიაგრამები. 1 -

სამფაზიანი ხაზი; 2 - PS 2 სუფთა გოგირდი PbS+S2-ზე; 3 - PS 2 PbS+Pb-ზე მეტი.

ერთს აქვს ტემპერატურა თ 1 ნაერთის კრისტალიზაციის ტემპერატურის ტოლია. აქ მოთავსებულია კონტეინერი დნობით. მეორე ზონაში მოთავსებულია ნაერთის სუფთა აქროლადი კომპონენტი As. ტემპერატურა თ 2 მეორე ზონაში შენარჩუნებულია ტემპერატურის ტოლფასი, რომლის დროსაც აქროლადი კომპონენტის დისოციაციის წნევა მისი სუფთა სახით უდრის ამ კომპონენტის დისოციაციის წნევას ნაერთში ტემპერატურაზე. თ 1. შედეგად, პირველ ზონაში, აქროლადი კომპონენტის ორთქლის წნევა ნაერთზე უდრის მის ნაწილობრივ დისოციაციის წნევას ნაერთში, რაც ხელს უშლის ამ კომპონენტის აორთქლებას დნობიდან და უზრუნველყოფს ნაერთის კრისტალიზაციას. მოცემული შემადგენლობა.

ნახ. 4.19 მოცემულია პ− თ Pb-S ფაზის დიაგრამის პროექცია.

მყარი ხაზი გვიჩვენებს მყარი, თხევადი და აირისებრი ფაზების სამფაზიანი წონასწორობის ხაზს, რომელიც ზღუდავს მყარი ნაერთის მდგრადობის ზონას; წერტილოვანი ხაზი - იზოკონცენტრაციის ხაზები ჰომოგენურობის რეგიონში. იზოკონცენტრაციის ხაზები აჩვენებს კომპოზიციებს თანაბარი გადახრით სტექიომეტრიიდან (იგივე კომპოზიციები) ტყვიის სიჭარბისკენ (გამტარობა). ნ-ტიპი) ან ჭარბი გოგირდის მიმართულებით (გამტარობა გვ-ტიპი), წონასწორობა ტემპერატურისა და გოგირდის ორთქლის წნევის მოცემულ მნიშვნელობებზე. ხაზი ნ= გვშეესაბამება ტემპერატურისა და წნევის მნიშვნელობებს PS 2, რომელშიც მყარ ფაზას აქვს მკაცრად სტექიომეტრიული შემადგენლობა. ის კვეთს სამფაზიან ხაზს ტემპერატურაზე, რომელიც არის სტოქიომეტრიული ნაერთის დნობის წერტილი. ან ჭარბი გოგირდის მიმართ (გამტარობა გვ-ტიპი).

როგორც ჩანს ნახ. 4.19, სტოქიომეტრიული შემადგენლობის ნაერთის დნობის წერტილი დნობის მაქსიმალურ წერტილზე დაბალია, რომელსაც აქვს ტყვიის ჭარბი შენადნობის ფორმულის შემადგენლობასთან შედარებით. შეიძლება დაინახოს ბროლის შემადგენლობის მკვეთრი დამოკიდებულება აქროლადი კომპონენტის ნაწილობრივი ორთქლის წნევაზე. მაღალ ტემპერატურაზე, სხვადასხვა კომპოზიციის შესაბამისი ყველა მრუდი უახლოვდება ხაზს ნ= გვ. ტემპერატურის კლებასთან ერთად იზრდება განსხვავება წონასწორულ წნევას შორის, რომელიც შეესაბამება სხვადასხვა კომპოზიციებს. ამით აიხსნება მოცემული შემადგენლობის შენადნობის მიღების სირთულე უშუალოდ კრისტალიზაციის დროს, რაც ხდება მაღალ ტემპერატურაზე. ვინაიდან სხვადასხვა კომპოზიციისთვის ნაწილობრივი წნევის მრუდები ახლოსაა, აქროლადი კომპონენტის ორთქლის წნევის მცირე შემთხვევითმა გადახრებმა შეიძლება გამოიწვიოს მყარი ფაზის შემადგენლობის შესამჩნევი ცვლილება.

თუ კრისტალს ზრდის შემდეგ ექვემდებარება ხანგრძლივ ადუღებას დაბალ ტემპერატურაზე და ისეთ წნევაზე, რომ სხვადასხვა კომპოზიციის იზოკონცენტრაციის ხაზები მკვეთრად განსხვავდება, მაშინ ბროლის შემადგენლობა შეიძლება მიიტანოს სასურველ მნიშვნელობამდე. ეს ხშირად გამოიყენება პრაქტიკაში.

) — თერმოდინამიკური სისტემის მდგომარეობების გრაფიკული წარმოდგენა ძირითადი მდგომარეობის პარამეტრების სივრცეში - ტემპერატურა თ, წნევა გვდა შემადგენლობა x.

აღწერა

ფაზური დიაგრამები შესაძლებელს ხდის გაირკვეს, თუ რომელი ფაზები (ანუ ჰომოგენური ქვესისტემები, რომლებიც განსხვავდება სტრუქტურით და/ან თვისებებით სხვებისგან) შეიძლება იყოს მოცემულ სისტემაში მოცემულ პირობებში და შემადგენლობით. მრავალი ფაზისა და კომპონენტისგან შემდგარი რთული სისტემებისთვის, ექსპერიმენტული მონაცემებისა და თერმოდინამიკური სიმულაციის მონაცემებიდან ფაზური დიაგრამების აგება არის ყველაზე მნიშვნელოვანი გზა სხვადასხვა პროცესის დროს ქცევის პროგნოზირებისთვის. ველების ფარდობითი პოზიციის, მათ გამყოფი ზედაპირებისა და ხაზების, აგრეთვე ამ უკანასკნელის შეერთების წერტილების ანალიზი საშუალებას იძლევა ცალსახად და მკაფიოდ განისაზღვროს ფაზური წონასწორობის პირობები, ახალი ფაზებისა და ქიმიური ნაერთების გამოჩენა. სისტემა, თხევადი და მყარი ხსნარების წარმოქმნა და დაშლა და ა.შ.

სახელმწიფო დიაგრამები გამოიყენება მასალათმცოდნეობაში, მეტალურგიაში, ნავთობის გადამუშავებაში, ქიმიურ ტექნოლოგიაში (კერძოდ, ნივთიერებების გამოყოფის მეთოდების შემუშავებაში), ელექტრონული აღჭურვილობისა და მიკროელექტრონიკის წარმოებაში და ა.შ. მათი დახმარებით შეიქმნება პირობები სამრეწველო სინთეზისთვის. შეირჩევა ნივთიერებები, განისაზღვრება ფაზურ გადასვლებთან დაკავშირებული პროცესების მიმართულება და თერმული დამუშავების რეჟიმების შერჩევა, ოპტიმალური ფაზური კომპოზიციების ძიება და ა.შ.

ერთკომპონენტიანი სისტემების ფაზური დიაგრამები გამოსახულია სიბრტყეზე კოორდინატებში p–T. ისინი შეიცავს ველებს, რომლებიც შეესაბამება ნივთიერების ამა თუ იმ ფაზის არსებობას (აირიანი, თხევადი, სხვადასხვა მყარი მოდიფიკაციები), გამოყოფილი ფაზური წონასწორობის ხაზებით, რომელთა გასწვრივ შესაძლებელია მიმდებარე ფაზების თანაარსებობა. ადგილები, სადაც ფაზური წონასწორობის სამი განსხვავებული ხაზი იყრის თავს, ქმნიან ეგრეთ წოდებულ სამ წერტილს, რომელშიც სამი ფაზა შეიძლება თანაარსებობდეს. ეს არის ფაზების მაქსიმალური რაოდენობა, რომელიც შეიძლება თანაარსებობდეს წონასწორობაში ერთკომპონენტიან სისტემებში.

ფაზის დიაგრამის მოცემულ წერტილში არსებული ფაზების რაოდენობა განისაზღვრება გიბსის ფაზის წესით და არის ნ + 2 – ვ, სად ნ- კომპონენტების რაოდენობა, ანუ ის ნივთიერებები, რომელთა რაოდენობაც სისტემაში შეიძლება შეიცვალოს სხვებისგან დამოუკიდებლად, ნომერი 2 შეესაბამება წნევას და ტემპერატურას (ამგვარად, ნ+ 2 არის სისტემის მდგომარეობის დამახასიათებელი პარამეტრების რაოდენობა და ვ- თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა, ანუ იმ განზოგადებული ძალების რაოდენობა (წნევა, ტემპერატურა, კომპონენტების ქიმიური პოტენციალი), რომლებიც დამოუკიდებლად შეიძლება შეიცვალოს გარკვეული საზღვრებში წონასწორული ფაზის შემადგენლობის შეცვლის გარეშე.

მაგალითად, ერთკომპონენტიანი ფაზის დიაგრამის ველებში, სადაც არის ერთი ფაზა, წნევა და ტემპერატურა შეიძლება დამოუკიდებლად შეიცვალოს, ხოლო სამმაგი წერტილი არის ე.წ. უცვლელი წონასწორობის წერტილი.

გარდა ამისა, ერთკომპონენტიანი სისტემის ფაზურ დიაგრამას შეუძლია ასახოს მეტასტაბილური ფაზები, ანუ ფაზები, რომლებიც არ არის წონასწორული, მაგრამ შეუძლიათ არსებობდნენ პარამეტრების გარკვეულ დიაპაზონში დიდი ხნის განმავლობაში კინეტიკური მდგრადობის გამო, ისევე როგორც კრიტიკული წერტილი. - წერტილი სითხე-არის წონასწორობის ხაზზე, რის შემდეგაც ქრება ამ ფაზების თვისებებში მკვეთრი განსხვავება და ფაზური გადასვლის კონცეფცია კარგავს თავის მნიშვნელობას.

ტემპერატურისა და წნევის გარდა, სისტემის მდგომარეობის სხვა პარამეტრები შეიძლება ჩაითვალოს, მაგალითად, მაგნიტური ველის სიძლიერე ( ჰ). შემდეგ ფაზის დიაგრამა ხდება მრავალგანზომილებიანი და განიხილება მისი სხვადასხვა მონაკვეთები, მაგალითად H–T, ხოლო ფაზის წესში რიცხვი 2 იცვლება განზოგადებული ძალების (ველების) შესაბამის რაოდენობაზე.

მრავალკომპონენტიანი სისტემების ფაზური დიაგრამები ასევე მრავალგანზომილებიანია. მოსახერხებელია მათი სიბრტყის მონაკვეთების შესწავლა, როგორიცაა ტემპერატურა-შემადგენლობა და წნევა-კომპოზიცია. სამკომპონენტიანი სისტემების ფაზური დიაგრამების იზობარულ-იზოთერმული მონაკვეთებისთვის, რომლებიც აღწერს სისტემის ფაზური შემადგენლობის დამოკიდებულებას მხოლოდ მის კომპონენტურ შემადგენლობაზე, გამოიყენება ე.წ. გიბსის სამკუთხედები.

ზემოთ განხილული ზოგადი დებულებები ასევე გამოიყენება მრავალკომპონენტიანი ფაზის დიაგრამებისთვის. იზობარის მაგალითი ( T–x) ორკომპონენტიანი ფაზური დიაგრამის ჯვარი მონაკვეთები ნაჩვენებია ნახ. ასეთი დიაგრამების ველები შეიძლება შეესაბამებოდეს ერთ ან ორ თანაარსებობს ფაზას, მათ შორის კომპონენტების დნობის, სუფთა კომპონენტების მყარი ფაზების ან შუალედური შემადგენლობის მათი ნაერთების, მყარი ხსნარების ფაზებს.

ფაზის თანაფარდობა ველში, რომელიც შეესაბამება ორ ფაზას, განისაზღვრება ბერკეტის წესით - ის უკუპროპორციულია ჰორიზონტალური მანძილების თანაფარდობასთან ველის შემზღუდველი ფაზის წონასწორობის ხაზებთან და ამ ხაზებთან ჰორიზონტალური გადაკვეთის კოორდინატებთან. განსაზღვროს თანაარსებობის ფაზების კომპონენტის შემადგენლობა.

მნიშვნელოვან ელემენტებს შორის T–xუნდა აღინიშნოს ორკომპონენტიანი დიაგრამების ჯვარი მონაკვეთები, ლიკვიდუსის ხაზი, რომლის ზემოთ მხოლოდ თხევადი ფაზაა წარმოდგენილი; სოლიდუსის ხაზი, რომლის ქვემოთ მხოლოდ მყარი ფაზაა წარმოდგენილი, ევტექტიკური წერტილები (თანმიმდევრული დნობის წერტილები), საერთო სოლიდუსისა და ლიკვიდუსისათვის (ამ უკანასკნელის გაწყვეტისას) და პერიტექტიკის წერტილები (არაკონგრუენტული დნობის წერტილები, ანუ დნობის ნაწილობრივი დაშლით. მყარი ფაზა) ლიკვიდუსის მრუდზე, რომელშიც შეიძლება თანაარსებობდეს თხევადი ფაზა და ორი მყარი ფაზა, ისევე როგორც ევტექტიკური და პერიტექტიკური გარდაქმნების შესაბამისი ჰორიზონტალური ხაზები.

ნანო ზომის ნაწილაკებისგან შემდგარი ფაზებისთვის შეიძლება არსებობდეს ფიზიკური თვისებების დამოკიდებულება ზომაზე; ამიტომ, ფაზის დიაგრამა ზოგჯერ ივსება დისპერსიული მასშტაბით.

ილუსტრაციები

ავტორები

• გოლდტ ილია ვალერიევიჩი
• იოფე ილია ნაფტოლევიჩი

წყაროები

1. Anosov V. Ya., Pogodin S. A. ფიზიკური და ქიმიური ანალიზის ძირითადი პრინციპები. - M.–L.: სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის გამომცემლობა, 1947. - 876 გვ.
2. ქიმიური ენციკლოპედია. - მ.: საბჭოთა ენციკლოპედია, 1988 წ.

ფაზა არის ნივთიერების თერმოდინამიკური წონასწორობა, რომელიც განსხვავდება ფიზიკური თვისებებით იმავე ნივთიერების სხვა შესაძლო წონასწორობის მდგომარეობებისგან. ნივთიერების გადასვლა ერთი ფაზიდან მეორეზე - ფაზური გადასვლა - ყოველთვის ასოცირდება სხეულის თვისებების ხარისხობრივ ცვლილებებთან. ფაზური გადასვლების მაგალითი შეიძლება გახდეს აგრეგაციის მდგომარეობის ცვლილება. მაგრამ "ფაზის გადასვლის" კონცეფცია უფრო ფართოა, რადგან იგი ასევე მოიცავს ნივთიერების გადასვლას ერთი მოდიფიკაციიდან მეორეზე აგრეგაციის მდგომარეობის შენარჩუნებისას (პოლიმორფიზმი), მაგალითად, ალმასის გარდაქმნას გრაფიტად.

არსებობს ფაზის გადასვლის ორი ტიპი:

1-ლი ტიპის ფაზის გადასვლა - თან ახლავს სითბოს შეწოვა ან გათავისუფლება, მოცულობის ცვლილება და მიმდინარეობს მუდმივ ტემპერატურაზე. მაგალითები: დნობა, კრისტალიზაცია, აორთქლება, სუბლიმაცია (სუბლიმაცია) და ა.შ.

მე-2 ტიპის ფაზური გადასვლები - მიმდინარეობს სითბოს გათავისუფლების ან შთანთქმის გარეშე, მოცულობის მნიშვნელობის შენარჩუნებით, მაგრამ სითბოს სიმძლავრის მკვეთრი ცვლილებით. მაგალითები: ფერომაგნიტური მინერალების გადასვლა გარკვეულ წნევაზე და ტემპერატურაზე პარამაგნიტურ მდგომარეობაში (რკინა, ნიკელი); ზოგიერთი ლითონისა და შენადნობის გადასვლა 0 0 K-თან ახლოს ტემპერატურაზე ზეგამტარ მდგომარეობაში (ρ = 0 Ohm∙m) და ა.შ.

ქიმიურად ერთგვაროვანი ნივთიერებისთვის, ფაზის ცნება ემთხვევა აგრეგატული მდგომარეობის კონცეფციას. განვიხილოთ ფაზური გარდაქმნები ასეთი სისტემისთვის, სიცხადისთვის მდგომარეობის დიაგრამის გამოყენებით. მასზე, p და T კოორდინატებში, დაყენებულია დამოკიდებულება ფაზური გადასვლების ტემპერატურასა და წნევას შორის. ეს დამოკიდებულებები აორთქლების (EI), დნობის (OP) და სუბლიმაციის (OS) მრუდების სახით ქმნის მდგომარეობის დიაგრამას.

მრუდების გადაკვეთის წერტილი O განსაზღვრავს პირობებს (T და p სიდიდეები), რომლებშიც ნივთიერების სამივე აგრეგატული მდგომარეობა იმყოფება თერმოდინამიკურ წონასწორობაში.

ამ მიზეზით მას სამმაგი წერტილი ეწოდება. მაგალითად, წყლის სამმაგი წერტილი არის ცელსიუსის ტემპერატურის შკალის ერთ-ერთი საცნობარო წერტილი (0 0 C). როგორც კლაუზიუს-კლაპეირონის განტოლებიდან ჩანს, T = f (p) დამოკიდებულების ბუნება მყარი-თხევადი გადასვლისთვის (OP მრუდები) შეიძლება განსხვავებული იყოს: ამ დამოკიდებულების მიმდინარეობა ნაჩვენებია ნახ. 2ა. ნივთიერებებისთვის, რომლებიც ამცირებენ მოცულობას თხევად ფაზაზე გადასვლისას, დამოკიდებულებას აქვს ნახ. 2ბ.

აორთქლების მრუდი მთავრდება კრიტიკული წერტილით - TO. როგორც სქემიდან ჩანს, არსებობს სითხის უწყვეტი გადასვლის შესაძლებლობა აირისებრ ფაზაში აორთქლების მრუდის გადაკვეთის გარეშე, ე.ი. ასეთი გადასვლისას თანდაყოლილი ფაზური გარდაქმნების გარეშე.

p tr.tchk-ზე ნაკლებ წნევაზე. , ნივთიერება შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ ორ ფაზაში: მყარი და აირისებრი. უფრო მეტიც, T tr.tchk-ზე დაბალ ტემპერატურაზე. , მყარი მდგომარეობიდან გაზზე გადასვლა შესაძლებელია თხევადი ფაზის გვერდის ავლით. ამ პროცესს სუბლიმაცია ან სუბლიმაცია ეწოდება. სუბლიმაციის სპეციფიკური სითბო

τ sub \u003d λ pl + r გამოყენება

მყარი სხეულები.

მყარი არის ნივთიერების აგრეგაციის მდგომარეობა, რომელიც ხასიათდება ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების მნიშვნელოვანი ძალების არსებობით, ფორმისა და მოცულობის სტაბილურობით. მყარი სხეულის ნაწილაკების თერმული მოძრაობა არის მცირე ამპლიტუდის რყევები წონასწორობის პოზიციების გარშემო. არსებობს მყარი ნივთიერებების კრისტალური და ამორფული სტრუქტურები.

კრისტალების მიკროსტრუქტურის დამახასიათებელი მახასიათებელია მათი შიდა ელექტრული ველების სივრცითი პერიოდულობა და განმეორებადობა ბროლის წარმომქმნელი ნაწილაკების - ატომების, იონებისა და მოლეკულების განლაგებაში (გრძელი დისტანციური რიგი). ნაწილაკები მონაცვლეობენ გარკვეული თანმიმდევრობით სწორი ხაზების გასწვრივ, რომლებსაც კვანძს უწოდებენ. ბროლის ნებისმიერ ბრტყელ მონაკვეთში, ასეთი ხაზების ორი გადამკვეთი სისტემა ქმნის აბსოლუტურად იდენტური პარალელოგრამების ერთობლიობას, რომლებიც მჭიდროდ, ხარვეზების გარეშე ფარავს მონაკვეთის სიბრტყეს. სივრცეში, ასეთი ხაზების სამი არათანაბარი სისტემის გადაკვეთა ქმნის სივრცულ ბადეს, რომელიც ყოფს კრისტალს სრულიად იდენტური პარალელეპიპედების ნაკრებად. ბროლის მედის წარმომქმნელი ხაზების გადაკვეთის წერტილებს კვანძები ეწოდება. კვანძებს შორის მანძილებს ზოგიერთი მიმართულების გასწვრივ უწოდებენ თარგმანს ან მედის პერიოდებს. პარალელეპიპედს, რომელიც აგებულია სამ არათანაბარ თარგმანზე, ეწოდება ელემენტარული უჯრედი ან გისოსის განმეორებადობის პარალელეპიპედი. ბროლის გისოსების ყველაზე მნიშვნელოვანი გეომეტრიული თვისებაა ნაწილაკების განლაგების სიმეტრია გარკვეული მიმართულებებისა და სიბრტყეების მიმართ. ამ მიზეზით, მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს ერთეული უჯრედის არჩევის რამდენიმე გზა, მოცემული კრისტალური სტრუქტურისთვის შეარჩიეთ ის ისე, რომ შეესაბამებოდეს გისოსის სიმეტრიას.

არსებობს ორი ნიშანი, რომლითაც კრისტალები კლასიფიცირდება: ა) კრისტალოგრაფიული - ბროლის გისოსის გეომეტრიის მიხედვით და ბ) ფიზიკური - ბროლის ბადის კვანძებში მდებარე ნაწილაკების ურთიერთქმედების ხასიათისა და მათი ბუნების მიხედვით.

ბროლის გისოსების და მათი ელემენტარული უჯრედების გეომეტრია განისაზღვრება ამ გისოსების აგებაში გამოყენებული სიმეტრიის ელემენტების რაოდენობით. სიმეტრიის შესაძლო ტიპების რაოდენობა შეზღუდულია. რუსი კრისტალოგრაფი ე.ს. ფედოროვმა (1853 - 1919) აჩვენა, რომ არსებობს სიმეტრიის ელემენტების მხოლოდ 230 შესაძლო კომბინაცია, რომლებიც პარალელური თარგმნის, ასახვისა და ბრუნვის საშუალებით უზრუნველყოფენ მკვრივ, ე.ი. სივრცეში ელემენტარული უჯრედების შეფუთვის ხარვეზებისა და სლოტების გარეშე. ბრავეისმა აჩვენა, რომ არსებობს მხოლოდ 14 ტიპის გისოსები, რომლებიც განსხვავდება მთარგმნელობითი სიმეტრიის სახით. არსებობს პრიმიტიული (მარტივი), ბაზაზე ორიენტირებული, მოცულობაზე ორიენტირებული და სახეზე ორიენტირებული Bravais გისოსები. უჯრედის ფორმის მიხედვით, დამოკიდებულია მის სახეებს შორის კუთხეებზე α, β და γ და ნეკნების სიგრძეს შორის თანაფარდობაზე ა, ბდა თანეს 14 ტიპის გისოსები ქმნიან შვიდ კრისტალურ სისტემას (სიგონიას): კუბური, ექვსკუთხა, ტეტრაგონალური, ტრიგონალური ან რომბოედრული, რომბული, მონოკლინიკური და ტრიგონალური.

ბროლის ბადის კვანძებში მდებარე ნაწილაკების ურთიერთქმედების ხასიათისა და მათი ბუნების მიხედვით, კრისტალები იყოფა ოთხ ტიპად: იონური, ატომური, მეტალის და მოლეკულური.

იონური - ბროლის გისოსის კვანძებში არის საპირისპირო ნიშნის იონები; ურთიერთქმედება განპირობებულია მიზიდულობის ელექტროსტატიკური ძალებით (იონური ან ჰეტეროპოლარული ბმა).

ატომური - ნეიტრალური ატომები განლაგებულია კრისტალური მედის კვანძებში, რომლებიც კვანძებში იმართება ჰომეოპოლარული ან კოვალენტური ბმებით.

მეტალიკი - ლითონის დადებითი იონები განლაგებულია ბროლის გისოსის კვანძებში; თავისუფალი ელექტრონები ქმნიან ეგრეთ წოდებულ ელექტრონულ გაზს, რომელიც უზრუნველყოფს იონების შეერთებას.

მოლეკულური - ნეიტრალური მოლეკულები განლაგებულია კრისტალური მედის კვანძებში, რომელთა ურთიერთქმედების ძალები განპირობებულია ატომის ელექტრონული ღრუბლის უმნიშვნელო გადაადგილებით (პოლარიზაცია ან ვან დერ ვაალის ძალები).

კრისტალური სხეულები შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად: ერთკრისტალები და პოლიკრისტალები. ერთკრისტალებისთვის, ერთი ბროლის გისოსი შეინიშნება მთელი სხეულის მოცულობაში. და მიუხედავად იმისა, რომ ერთი და იგივე ტიპის ერთკრისტალების გარეგანი ფორმა შეიძლება განსხვავებული იყოს, შესაბამის სახეებს შორის კუთხეები ყოველთვის იგივე იქნება. ერთკრისტალების დამახასიათებელი თვისებაა მექანიკური, თერმული, ელექტრული, ოპტიკური და სხვა თვისებების ანიზოტროპია.

ერთკრისტალები ხშირად გვხვდება ბუნებაში ბუნებრივ მდგომარეობაში. მაგალითად, მინერალების უმეტესობა არის ბროლი, ზურმუხტი, ლალი. ამჟამად, სამრეწველო მიზნებისთვის, მრავალი ერთკრისტალი ხელოვნურად იზრდება ხსნარებიდან და დნება - ლალი, გერმანიუმი, სილიციუმი, გალიუმის არსენიდი.

ერთსა და იმავე ქიმიურ ელემენტს შეუძლია შექმნას რამდენიმე კრისტალური სტრუქტურა, რომლებიც განსხვავდება გეომეტრიით. ამ ფენომენს პოლიმორფიზმი ეწოდება. მაგალითად, ნახშირბადი არის გრაფიტი და ბრილიანტი; ყინულის ხუთი მოდიფიკაცია და ა.შ.

კრისტალური სხეულებისთვის, როგორც წესი, არ ჩანს თვისებების სწორი გარეგანი დაფარვა და ანიზოტროპია. ეს იმიტომ ხდება, რომ კრისტალური მყარი, როგორც წესი, შედგება მრავალი შემთხვევით ორიენტირებული პატარა კრისტალებისაგან. ასეთ მყარ ნივთიერებებს პოლიკრისტალური ეწოდება. ეს განპირობებულია კრისტალიზაციის მექანიზმით: როდესაც მიიღწევა ამ პროცესისთვის აუცილებელი პირობები, კრისტალიზაციის ცენტრები ერთდროულად ჩნდება საწყისი ფაზის ბევრ ადგილას. ბირთვიანი კრისტალები განლაგებულია და ორიენტირებულია ერთმანეთზე სრულიად შემთხვევით. ამ მიზეზით, პროცესის დასასრულს ვიღებთ მყარ სხეულს ერთმანეთში გადაზრდილი პატარა კრისტალების კონგლომერატის სახით - კრისტალები.

დეფექტები კრისტალებში.

ნამდვილ კრისტალებს აქვთ იდეალური სტრუქტურის მრავალი დარღვევა, რომელსაც ბროლის დეფექტებს უწოდებენ:

ა) წერტილოვანი დეფექტები

Schottky დეფექტები (კვანძები არ არის დაკავებული ნაწილაკებით);

ფრენკელის დეფექტები (ნაწილაკების გადაადგილება კვანძებიდან ინტერსტიციალამდე);

მინარევები (იმპლანტირებული უცხო ატომები);

ბ) წრფივი - ნაწილაკების განლაგების კანონზომიერებაში დისლოკაციები, კიდეები და ხრახნიანი ლოკალური დარღვევები, ცალკეული ატომური სიბრტყეების არასრულყოფილების ან მათი აგების თანმიმდევრობით;

გ) პლანზე - სარკეებს შორის საზღვრები, ხაზოვანი დისლოკაციების რიგები.

ამორფული მყარი სხეულები.

ამორფული მყარი ნივთიერებები მათი მრავალი თვისებით და ძირითადად მიკროსტრუქტურით უნდა ჩაითვალოს ზედმეტად გაცივებულ სითხეებად ძალიან მაღალი სიბლანტის კოეფიციენტით. ენერგეტიკული თვალსაზრისით, განსხვავება კრისტალურ და ამორფულ მყარებს შორის აშკარად ჩანს გამაგრების და დნობის პროცესში. კრისტალურ სხეულებს აქვთ დნობის წერტილი - ტემპერატურა, როდესაც ნივთიერება სტაბილურად არსებობს ორ ფაზაში - მყარი და თხევადი (ნახ. 1). მყარი მოლეკულის თხევადში გადასვლა ნიშნავს, რომ იგი იძენს მთარგმნელობითი მოძრაობის თავისუფლების დამატებით სამ ხარისხს. რომ. ნივთიერების მასის ერთეული T pl. თხევად ფაზაში აქვს უფრო დიდი შინაგანი ენერგია, ვიდრე იგივე მასა მყარ ფაზაში. გარდა ამისა, ნაწილაკებს შორის მანძილი იცვლება. ამრიგად, ზოგადად, სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა კრისტალის ერთეული მასის თხევად გადაქცევისთვის, იქნება:

λ \u003d (U W -U k) + P (V W -V k),

სადაც λ არის დნობის სპეციფიკური სითბო (კრისტალიზაცია), (U f -U k) არის სხვაობა თხევადი და კრისტალური ფაზების შიდა ენერგიას შორის, P არის გარე წნევა, (V f -V k) არის განსხვავება კონკრეტული ტომები. კლაიპერონ-კლაუსიუსის განტოლების მიხედვით, დნობის წერტილი დამოკიდებულია წნევაზე:

.

ჩანს, რომ თუ (V W -V k)> 0, მაშინ > 0, ე.ი. წნევის მატებასთან ერთად, დნობის წერტილი იზრდება. თუ ნივთიერების მოცულობა მცირდება დნობისას (V W -V k)< 0 (вода, висмут), то рост давления приводит к понижению Т пл.

ამორფულ სხეულებს არ აქვთ შერწყმის სითბო. გათბობა იწვევს თერმული მოძრაობის სიჩქარის თანდათან მატებას და სიბლანტის შემცირებას. პროცესის გრაფიკზე არის დახრის წერტილი, რომელსაც პირობითად დარბილების წერტილი ეწოდება.