(1. Rregulli i fazës. 2. Konceptet e diagrameve fazore të ekuilibrit. 3. Rregulla e segmenteve. 4. Diagrami i gjendjesIIIdicka e tille)
1. Rregulli i fazës
Kur ndryshon temperatura ose përqendrimi i përbërësve, sistemi (aliazhi) mund të jetë në gjendje të ndryshme. Në procesin e kalimit nga një gjendje në tjetrën, në të ndodhin transformime fazore - shfaqen faza të reja ose zhduken fazat ekzistuese.
Mundësia e ndryshimit të gjendjes së sistemit, d.m.th., numri dhe përbërja kimike e fazave, përcaktohet nga ndryshueshmëria e tij - numri i shkallëve të lirisë.
Përkufizimi. Numri i shkallëve të lirisë së një sistemi është numri i faktorëve të jashtëm (temperatura, presioni) dhe i brendshëm (përqendrimi) që mund të ndryshohen pa ndryshuar numrin e fazave të sistemit.
Ekuacioni i rregullit fazor ( Ligji i Gibbs-it) për një sistem me presion konstant të formuar nga disa komponentë ka formën
C = K – Ф + 1, (3.1)
ku C është numri i shkallëve të lirisë (ndryshueshmëria e sistemit); K – numri i komponentëve; Ф – numri i fazave.
Meqenëse numri i shkallëve të lirisë është gjithmonë më i madh ose i barabartë me zero, d.m.th. Me 0, atëherë kushti është i kënaqur ndërmjet numrit të komponentëve dhe fazave
F K + 1, (3.2)
duke vendosur numrin maksimal të mundshëm të fazave të ekuilibrit në lidhjet.
2. Koncepte rreth diagrameve fazore të ekuilibrit
Diagramet e fazës së ekuilibrit ( diagramet e gjendjes) përdoren në studimin e strukturës së lidhjeve, zgjedhjen e mënyrave të trajtimit të tyre termik, etj.
Një diagram i fazës së ekuilibrit tregon se cilat faza ekzistojnë në kushte të caktuara (përqendrimi i përbërësve dhe temperatura) në kushte ekuilibri. Nga diagrami, mund të përcaktoni gjendjen e grumbullimit, sasinë dhe përbërjen kimike të fazave, si dhe gjendjen strukturore-fazore të lidhjes në varësi të temperaturës dhe përqendrimit të përbërësve që e formojnë atë.
Diagrami fazor i ekuilibrit është një "graf", në boshtin e abshisës, përqendrimi i përbërësve të të cilit është paraqitur (përmbajtja totale e përbërësve në çdo aliazh është 100%), dhe në boshtin e ordinatave është temperatura. Pikat ekstreme (majtas dhe djathtas) në boshtin x të diagramit korrespondojnë me komponentët e pastër. Çdo pikë tjetër në këtë bosht korrespondon me një përqendrim të caktuar të përbërësve të aliazhit.
Për shembull, për një aliazh me dy përbërës (Fig. 3.1) pika A korrespondon me pastër, d.m.th. që përmban 100% komponentin A, pikë NË– komponenti i pastër B, pika C – aliazh që përmban 75% A dhe 25% B, pika D – një aliazh që përmban 75% B dhe 25% A. Boshti i përqendrimit tregon ndryshimin e përmbajtjes së njërit prej përbërësve (në figurën 3.1 - komponenti B).
Oriz. 3.1 – Koordinatat e diagramit të fazës së ekuilibrit
Për të ndërtuar diagrame fazore, studiohen lidhjet e përbërjeve të ndryshme në temperatura të ndryshme. Metoda tradicionale e ndërtimit të diagrameve është metoda e analizës termike, e cila lejon marrjen e kthesave ftohëse të lidhjeve në koordinatat "temperaturë - kohë" - kthesat e ftohjes(aliazhe).
Lidhjet ftohen me një shpejtësi shumë të ulët, d.m.th., në kushte afër ekuilibrit.
Ndërtimi i diagrameve të ftohjes kryhet në sekuencën e mëposhtme:
në koordinatat "temperaturë - përqendrim", vizatohen linja vertikale që korrespondojnë me lidhjet e përbërjeve të studiuara (sa më i vogël të jetë hapi i përqendrimit, aq më i saktë është diagrami);
për këto aliazhe ndërtohen kthesa ftohëse;
Në vijat vertikale, pikat tregojnë temperaturën në të cilën ndryshon temperatura. gjendja e grumbullimit ose strukturën aliazhe;
pikat e transformimeve identike të lidhjeve të ndryshme lidhen me linja që kufizojnë zonat e gjendjeve identike të sistemit.
Ndërtime të tilla kemi kryer në punën laboratorike nr. 1 gjatë ndërtimit të diagramit fazor “zink-kallaj” (“Zn – Sn»).
Lloji i diagramit varet nga mënyra se si përbërësit në gjendje të ngurtë dhe të lëngët ndërveprojnë me njëri-tjetrin.
Diagramet më të thjeshta janë sistemet binare (të dyfishta ose me dy komponentë) Sistemet me shumë komponentë mund të reduktohen në to me vlera fikse të përbërësve "të tepërt".), llojet kryesore të të cilave përfshijnë diagramet fazore për lidhjet, të cilat janë gjendje e ngurtë(në temperaturë normale):
a) përzierjet mekanike të përbërësve të pastër (tipi I);
b) lidhjet me tretshmëri të pakufizuar të përbërësve (lloji II);
c) lidhjet me tretshmëri të kufizuar të përbërësve (lloji III);
d) lidhjet me formimin e një përbërjeje kimike (lloj IV).
Në leksion, ne do të shqyrtojmë ndërtimin e diagrameve të fazës së ekuilibrit duke përdorur shembullin e një diagrami fazor të llojit të tretë - një aliazh me tretshmëri të kufizuar të përbërësve (llojet e tjera të diagrameve diskutohen në punën laboratorike).
Por së pari, le të diskutojmë se çfarë është e rëndësishme për analizimin e diagrameve të tilla: rregulli i segmentit(levë).
Prezantimi
1. Llojet e diagrameve fazore
2. Sistemet me rëndësi në mikroelektronikë
3. Tretshmëria e ngurtë
4. Kalimet fazore
Letërsia
Prezantimi
Diagramet e fazave janë pjesë përbërëse e çdo diskutimi të vetive të materialit kur flasim për bashkëveprimin e materialeve të ndryshme. Diagramet fazore janë veçanërisht të rëndësishme në mikroelektronikë, sepse Për prodhimin e plumbave dhe shtresave pasivizuese, duhet të përdoret një gamë e madhe materialesh të ndryshme. Në prodhimin e qarqeve të integruara, silikoni është në kontakt të ngushtë me metale të ndryshme, do t'u kushtojmë vëmendje të veçantë atyre diagrameve fazore në të cilat silici shfaqet si një nga përbërësit.
Ky abstrakt diskuton se cilat lloje të diagrameve fazore ekzistojnë, konceptin e tranzicionit fazor, tretshmërinë e ngurtë dhe sistemet më të rëndësishme të substancave për mikroelektronikën.
1. Llojet e diagrameve fazore
Diagramet njëfazore janë grafikë në të cilët, në varësi të presionit, vëllimit dhe temperaturës, paraqitet gjendja fazore e vetëm një materiali. Zakonisht nuk është e zakonshme të vizatoni një grafik tre-dimensional në një plan dy-dimensional - ata përshkruajnë projeksionin e tij në rrafshin e presionit të temperaturës. Një shembull i një diagrami të gjendjes njëfazore është dhënë në Fig. 1.
Oriz. 1. Diagrami i gjendjes njëfazore
Diagrami përcakton qartë zonat në të cilat materiali mund të ekzistojë vetëm në një gjendje fazore - si një i ngurtë, i lëngët ose i gaztë. Përgjatë vijave të përcaktuara, një substancë mund të ketë dy gjendje fazore (dy faza) që janë në kontekst me njëra-tjetrën. Bëhet ndonjë nga kombinimet: i ngurtë - i lëngshëm, i ngurtë - avull, i lëngshëm - avull. Në pikën ku kryqëzohen vijat e diagramit, e ashtuquajtura pika e trefishtë, të tre fazat mund të ekzistojnë njëkohësisht. Për më tepër, kjo është e mundur në një temperaturë të vetme, kështu që pika e trefishtë shërben si një pikë e mirë referimi për temperaturat. Në mënyrë tipike, pika e referencës është pika e trefishtë e ujit (për shembull, në matjet e sakta duke përdorur termoçiftet, ku kryqëzimi i referencës është në kontakt me sistemin akull-ujë-avull).
Një diagram fazor binar (diagrami i fazës së sistemit binar) paraqet gjendjen e një sistemi me dy komponentë. Në diagrame të tilla, temperatura vizatohet përgjatë boshtit të ordinatave dhe përqindja e përbërësve të përzierjes vizatohet përgjatë boshtit të abshisës (zakonisht kjo është ose një përqindje e masës totale (peshë %), ose një përqindje e totalit numri i atomeve (në %). Presioni zakonisht supozohet të jetë 1 atm. Nëse merren parasysh fazat e lëngëta dhe të ngurta, matjet e vëllimit neglizhohen. Në Fig. 2. tregon një diagram tipik fazor dyfazor për komponentët A dhe B duke përdorur peshën ose përqindjen atomike.
Oriz. 2. Diagrami i gjendjes dyfazore
Shkronja tregon një fazë të substancës A me një tretësirë B, nënkupton një fazë të substancës B me një substancë të tretur A dhe + nënkupton një përzierje të këtyre fazave. Shkronja (nga lëngu) nënkupton fazën e lëngshme, dhe L+ dhe L+ nënkuptojnë përkatësisht fazën e lëngshme plus fazën ose. Vijat që ndajnë fazat, pra vijat në të cilat mund të ekzistojnë faza të ndryshme të një substance, kanë këto emra: solidus - një vijë në të cilën fazat ose ekzistojnë njëkohësisht me fazat L+ dhe L+, përkatësisht; solvus është një vijë në të cilën fazat dhe + ose dhe + bashkëjetojnë njëkohësisht, dhe liquidus është një vijë në të cilën bashkëjetojnë faza L dhe faza L+ ose L+.
Pika ku kryqëzohen dy linja likuidus është shpesh pika e pikës më të ulët të shkrirjes për të gjitha kombinimet e mundshme të substancave A dhe B dhe quhet pika eutektike. Një përzierje me një raport përbërësish në pikën eutektike quhet përzierje eutektike (ose thjesht eutektike).
Le të shqyrtojmë se si një përzierje kalon nga një gjendje e lëngshme (shkrirë) në një gjendje të ngurtë dhe se si diagrami fazor ndihmon në parashikimin e përbërjes së ekuilibrit të të gjitha fazave që ekzistojnë në një temperaturë të caktuar. Le të kthehemi te Fig. 3.
Oriz. 3. Diagrama fazore dyfazore që tregon proceset e ngurtësimit
Le të supozojmë se fillimisht përzierja kishte përbërjen C M në temperaturën T 1 , në temperaturat nga T 1 në T 2 ekziston një fazë e lëngshme dhe në temperaturë T 2 fazat L dhe ekzistojnë njëkohësisht. Përbërja e fazës L e pranishme është C M, përbërja e fazës është C 1. Me një ulje të mëtejshme të temperaturës në T 3, përbërja e lëngut ndryshon përgjatë kurbës liquidus, dhe përbërja e fazës ndryshon përgjatë kurbës solidus derisa të kryqëzohet me izotermën (vijën horizontale) T 3. Tani përbërja e fazës L është C L, dhe përbërja e fazës është C 2. Duhet theksuar se jo vetëm substanca që ka kaluar në fazën në temperaturën T 3 duhet të ketë përbërjen C 2, por edhe e gjithë substanca që ka kaluar në fazën në një temperaturë më të lartë duhet të ketë përbërjen C 2. Ky barazim i përbërjeve duhet të ndodhë me difuzionin në gjendje të ngurtë të komponentit A në fazën ekzistuese , në mënyrë që në kohën kur të arrihet temperatura T 3, e gjithë substanca në fazën të ketë përbërjen C 2. Një rënie e mëtejshme e temperaturës na sjell në pikën eutektike. Në të, fazat dhe ekzistojnë njëkohësisht me fazën e lëngshme. Në temperatura më të ulëta ekzistojnë vetëm fazat dhe . Formohet një përzierje e fazave dhe e përbërjes C E me agregate me përbërje fillestare C 3. Më pas, duke e mbajtur këtë përzierje për një kohë të gjatë në një temperaturë nën eutektikën, mund të përftohet një solide. Ngurta që rezulton do të përbëhet nga dy faza. Përbërja e secilës fazë mund të përcaktohet në pikën e kryqëzimit të izotermës me vijën solvus përkatëse.
Sapo është treguar se si të përcaktohet përbërja e secilës prej fazave të pranishme. Tani merrni parasysh problemin e përcaktimit të sasisë së substancës në secilën fazë. Për të shmangur konfuzionin në Fig. 4. Një diagram i thjeshtë dyfazor paraqitet sërish. Le të supozojmë se në temperaturën T 1 përbërja e shkrirjes është C M (që do të thotë komponenti B), atëherë në T 2 faza L ka përbërjen C L , dhe faza do të ketë përbërjen C s . Le të jetë M L masa e substancës në gjendje të ngurtë dhe M S masa e substancës në gjendje të ngurtë. Kushti për ruajtjen e masës totale çon në ekuacionin e mëposhtëm
(M L + M S)C M = M L C L + M S C S .
Oriz. 4. Rregulli i nivelit
Ai pasqyron faktin se masa totale e një substance në temperaturën T1, shumëzuar me përqindjen B, është masa totale e substancës B. Është e barabartë me shumën e masave të substancës B që ekziston në fazën e lëngshme dhe të ngurtë në temperaturë. T2. Duke zgjidhur këtë ekuacion, marrim
. (1)
Kjo shprehje njihet si "rregulli i nivelit". Duke përdorur këtë rregull, duke ditur përbërjen fillestare të shkrirjes dhe masën totale të tij, është e mundur të përcaktohen masat e të dy fazave dhe sasia e substancës B në çdo fazë për çdo seksion të diagramit dyfazor. Pikërisht në të njëjtën mënyrë mund të llogarisim
Në Fig. 5. Jepet një shembull tjetër i ngurtësimit të shkrirë. Një ulje e temperaturës nga T 1 në T 2 çon në përzierjen e fazave L dhe me përbërjen C M dhe C , përkatësisht. Ndërsa ndodh ftohja e mëtejshme, përbërja L ndryshon përgjatë likuidit dhe përbërja ndryshon përgjatë solidusit, siç përshkruhet më herët. Kur të arrihet temperatura T 3, përbërja do të bëhet e barabartë me C M dhe, siç vijon nga rregulli i nivelit, në një temperaturë më të ulët se T 3, faza e lëngshme nuk mund të ekzistojë. Në temperaturat nën T4, fazat dhe ekzistojnë si agregate të fazave dhe . Për shembull, në temperaturën T5, agregatët e fazës do të kenë një përbërje të përcaktuar nga kryqëzimi i izotermës T5 dhe solvus . Përbërja përcaktohet në mënyrë të ngjashme - nga kryqëzimi i izotermës dhe solvusit .
Oriz. 5. Diagrami dyfazor dhe procesi i ngurtësimit sasia e substancës A e pranishme në cilëndo nga fazat
Rajonet e diagramit dyfazor, të quajtura ende dhe , janë rajone me tretshmëri të ngurtë: në rajonin treten A dhe B. Sasia maksimale e A që mund të shpërndahet në B në një temperaturë të caktuar varet nga temperatura. Në temperaturat eutektike ose më të larta, mund të ndodhë shkrirja e shpejtë e A dhe B. Nëse aliazhi që rezulton ftohet ashpër, atëherë atomet e A mund të "ngulen" në rrjetën e B. Por nëse tretshmëria e ngurtë në temperaturën e dhomës është shumë më e ulët (kjo sugjeron që në këtë temperaturë qasja në shqyrtim nuk është shumë e përshtatshme), atëherë mund të shfaqen strese të forta në aliazh, duke ndikuar ndjeshëm në vetitë e tij (në prani të streseve të konsiderueshme, lindin zgjidhje të ngurta të mbingopura dhe sistemi nuk është në një gjendje ekuilibri, dhe diagrami jep informacion vetëm për gjendjet e ekuilibrit). Ndonjëherë, një efekt i tillë është i dëshirueshëm, për shembull, kur forconi çelikun duke e shuar për të prodhuar martensit. Por në mikroelektronikë rezultati i tij do të jetë shkatërrues. Prandaj, dopingu, pra shtimi i aditivëve në silikon para difuzionit, kryhet në temperatura të ngritura në mënyrë të tillë që të parandalohet dëmtimi i sipërfaqes për shkak të lidhjes së tepërt. Nëse sasia e dopantit në substrat është më e lartë se kufiri i tretshmërisë së ngurtë në çdo temperaturë, atëherë shfaqet një fazë e dytë dhe deformimi shoqërues.
2. Sistemet e substancave që janë të rëndësishme në mikroelektronikë
Ka një sërë materialesh që janë plotësisht të tretshëm në njëri-tjetrin. Një shembull është një sistem i dy substancave që janë të rëndësishme për mikroelektronikën, të tilla si silikoni dhe germaniumi. Sistemi silikon-germanium është paraqitur në Fig. 6.
Oriz. 6. Sistemi silic - germanium
Diagrami nuk ka një pikë eutektike. Një diagram i tillë quhet izomorfik. Në mënyrë që dy elementë të jenë izomorfikë, ata duhet t'u binden rregullave Hume-Rothery, d.m.th. kanë një ndryshim në vlerat e rrezeve atomike jo më shumë se 15%, të njëjtin probabilitet, të njëjtën rrjetë kristalore dhe, përveç kësaj, afërsisht të njëjtin elektronegativitet (elektronegativiteti i një atomi është aftësia e tij e natyrshme për të tërhequr ose kapur shtesë elektronet në lidhjet kovalente). Sistemet Cu – Ni, Au – Pt dhe Ag – Pd janë gjithashtu izomorfe.
Sistemi Pb-Sn ofron një shembull të mirë të një sistemi të thjeshtë binar me tretshmëri të konsiderueshme, megjithëse të kufizuar, të ngurtë. Diagrami fazor i gjendjeve të këtij sistemi është paraqitur në Fig. 7. Pika e kryqëzimit të solidusit dhe solvusit quhet tretshmëria kufitare; vlera e tretshmërisë kufitare të kallajit në plumb dhe plumbit në kallaj do të jetë e madhe. Ky sistem është i rëndësishëm për mikroelektronikën për shkak të përdorimit të gjerë të saldimeve me kallaj-plumb. Diagrami i tyre dyfazor i këtij sistemi tregon se si ndryshimi i përbërjes së aliazhit ndryshon pikën e shkrirjes së tij. Kur prodhimi i një mikroqarku kërkon disa saldime të njëpasnjëshme, saldimi me një pikë shkrirjeje më të ulët përdoret për çdo saldim pasues. Kjo bëhet në mënyrë që saldimet e bëra më parë të mos rrjedhin.
Oriz. 7. Diagrami fazor i gjendjeve të sistemit plumb – kallaj
Për prodhimin e mikroqarqeve, vetitë e sistemit Au – Si janë gjithashtu të rëndësishme, pasi temperatura eutektike e këtij sistemi është jashtëzakonisht e ulët në krahasim me temperaturat e shkrirjes së arit të pastër ose silikonit të pastër (Figura 9). Tretshmëria e arit në silikon dhe e silikonit në ar janë shumë të vogla për t'u shfaqur në një diagram fazor konvencional. Për shkak të temperaturës së ulët eutektike, është e dobishme të montoni makineri me çip në nënshtresa, mbajtëse ose dërrasa ari me jastëkë kontakti ari, duke përdorur reaksionin eutektik Au-Si si mekanizmin kryesor të saldimit (ose saldimit). Ari që përmban disa për qind germanium përdoret gjithashtu për bashkimin e kristaleve të silikonit.
Kombinimet e elementeve që formojnë komponime kimike kanë diagrame fazore më komplekse. Ato mund të ndahen në dy (ose më shumë) diagrame më të thjeshta, secila prej të cilave i referohet një çifti të caktuar lidhjesh ose lidhjesh dhe elementesh. Për shembull, AuAl 2 formohet duke kombinuar 33% (përqindje atomike) ari me alumin në një temperaturë më të vogël se 1060 o (Fig. 2.10). Në të majtë të kësaj linje, AuAl 2 dhe faza e aluminit të pastër bashkëjetojnë. Përbërjet si AuAl 2 quhen ndërmetalike dhe formohen në raportin e duhur stoikiometrik të dy elementeve. Komponimet ndërmetalike karakterizohen nga një pikë e lartë shkrirjeje, një strukturë komplekse kristalore dhe, përveç kësaj, janë të forta dhe të brishta.
Diagrami fazor Au – Al mund të ndahet në dy ose më shumë diagrame, për shembull në diagramin Al – AuAl 2 dhe diagramin AuAl 2 – Au.
Oriz. 8. Sistem alumini – silikoni
Diagrami i sistemit Au – Al i paraqitur në Fig. 2.10 është jashtëzakonisht i rëndësishëm në mikroelektronikë, pasi telat e arit zakonisht lidhen me një shtresë metalizimi alumini të vendosur në majë të silikonit. Këtu renditen disa komponime të rëndësishme ndërmetalike: AuAl 2, Au 2 Al, Au 5 Al 2 dhe Au 4 Al. Të gjithë ata mund të jenë të pranishëm në përçuesit e lidhjes Au-Al.
Oriz. 9. Sistemi ar-silikon
Oriz. 10. Sistemi ari – alumini
3. Tretshmëria e ngurtë
Tretshmëria marxhinale e shumicës së dopantëve në silikon është jashtëzakonisht e ulët dhe në fakt nuk është tretshmëria maksimale. Në Fig. Figura 11 tregon një kurbë tipike solidus për një papastërti pa silikon. Vini re se tretshmëria rritet me temperaturën deri në një vlerë të caktuar dhe më pas zvogëlohet në zero në pikën e shkrirjes së silikonit. Kjo kurbë quhet kurbë e tretshmërisë retrograde. Një version i rafinuar i këtij diagrami në afërsi të pikës së shkrirjes së silikonit është paraqitur në Fig. 12.
Oriz. 11 Tretshmëria retrograde e silikonit
Oriz. 12 Diagrami tipik fazor i silikonit
Nëse përbërja e shkrirjes së silikonit është e barabartë me C M si përqindje e masës së lëndës së tretur, atëherë silikoni do të ngurtësohet me një përmbajtje të tretësirës kC M , ku k është koeficienti i ndarjes (k=C S /C L). Kur përqendrimi në lëndë të ngurtë arrin vlerën C M me ngrirjen, përqendrimi në tretësirën e lëngshme do të jetë i barabartë me C M / k, pasi raporti i përqendrimeve në rasterin e lëngët dhe të ngurtë duhet të jetë i barabartë me k. Pra, pjerrësia e vijës solidus është e barabartë me
,
dhe pjerrësia e liquidus është e barabartë me
.
Raporti i pjerrësisë likuidus dhe solidus rezulton të jetë i barabartë me koeficientin e ndarjes
. (2)
4. Kalimet fazore
Kalon nga një gjendje fazore në një tjetër kur parametrat e sistemit ndryshojnë.
Kalimet fazore të rendit të parë (avullimi, kondensimi, shkrirja, kristalizimi, kalimet nga një modifikim kristalor në tjetrin).
Gjendja kristalore e substancave klasifikohet në shtatë sisteme (triklinike, monoklinike, rombike, tetragonale, trigonale ose rombike..., gjashtëkëndore, kubike), dhe renditja e atomeve në këto sisteme karakterizohet nga 14 lloje rrjetash (grilat Bravais) . Shkalla e paketimit të atomeve në këto grila është e ndryshme:
Kub i thjeshtë f = 0,52
Vëllimi në qendër kub f = 0,68
Kubik me qendër f = 0,74
Paketim i ngushtë gjashtëkëndor f = 0,74
Nga këto të dhëna del një përfundim shumë i rëndësishëm: gjatë shndërrimeve polimorfike (ndryshime në llojin e rrjetës kristalore), ndodh një ndryshim në vëllim dhe, për rrjedhojë, në vetitë fiziko-kimike të materialeve.
Në tranzicionet e rendit të parë, dy faza bashkëjetojnë në pikën e tranzicionit.
A B
a) kalimi ndodh në një temperaturë të caktuar T për
b) gjatë tranzicionit, derivatet e parë të energjisë ndryshojnë papritur: entalpia, entropia, vëllimi (dhe rrjedhimisht dendësia)
Tranzicionet fazore të rendit të dytë
Gjatë tranzicioneve të rendit të dytë, derivatet e parë të energjisë së lirë, entalpisë, entropisë, vëllimit dhe densitetit ndryshojnë në mënyrë monotonike.
Titanati i bariumit – struktura kubike –> piezoelektrike tipike katërkëndore.
MnO - një antiferromagnet në 117 K kalon në fazën paramagnetike.
1. Sipas klasifikimit të transformimeve fazore të propozuar në vitin 1933 nga Eripresit, transformimet ndahen në transformime (kalime) të llojit të parë dhe të dytë.
Tranzicionet e rendit të parë karakterizohen nga fakti se derivatet e parë të potencialit termodinamik në lidhje me temperaturën dhe presionin ndryshojnë befas
këtu S – entropia, V – vëllimi
Meqenëse potenciali termodinamik gjatë kalimeve fazore ndryshon vazhdimisht, ai përcaktohet nga shprehja
atëherë edhe energjia U duhet të ndryshojë papritur. Sepse
pastaj nxehtësia e tranzicionit
është e barabartë me produktin e temperaturës dhe ndryshimin në entropinë e fazës, d.m.th., një ndryshim ose thithje e papritur e nxehtësisë.
Ajo që është e rëndësishme është ndryshimi i vazhdueshëm i potencialit termodinamik. Funksionet (T) dhe (T) nuk i ndryshojnë veçoritë pranë pikës së kalimit fazor, ndërsa në të dy anët e pikës së kalimit fazor ka minimume të potencialit termodinamik.
Kjo veçori shpjegon mundësinë e mbinxehjes ose ftohjes së tepërt të fazave në rast të kalimeve fazore në sistem.
Le të përcaktojmë marrëdhëniet ndërmjet kërcimeve të funksioneve termodinamike dhe . Pas diferencimit në lidhje me temperaturën, relacioni Funksioni (P,T) = (P,T), duke marrë parasysh shprehjen për S, V dhe q, marrim
Kjo është formula e mirënjohur Clayperon-Clausis. Kjo ju lejon të përcaktoni ndryshimin në presionet e fazave në ekuilibër me një ndryshim në temperaturë ose një ndryshim në temperaturën e tranzicionit midis dy fazave me një ndryshim në presion. Një ndryshim i menjëhershëm në vëllim çon në mungesën e një lidhjeje të caktuar midis strukturës dhe sistemit të fazave të transformuara gjatë një tranzicioni fazor të rendit të parë, të cilat për këtë arsye ndryshojnë papritur.
Tipike për tranzicionet fazore të rendit të parë janë kalimet ndërmjet gjendjeve agregate të materies, transformimet alotropike dhe shumë transformime fazore në materialet shumëkomponente.
Dallimi themelor midis tranzicioneve fazore të rendit të dytë dhe tranzicioneve fazore të rendit të parë është si më poshtë: tranzicionet e rendit të dytë karakterizohen si nga vazhdimësia e ndryshimit në potencialin termodinamik ashtu edhe nga vazhdimësia e ndryshimit në derivatet e potencialit termodinamik.
Ekuilibri kimik
Funksioni termodinamik është një funksion i gjendjes që përcakton ndryshimin në potencialet termodinamike kur ndryshon numri i grimcave në sistem. Me fjalë të tjera, ekziston një funksion që përcakton drejtimin dhe kufirin e kalimit spontan të një komponenti nga një fazë në tjetrën në transformime dhe kushte të përshtatshme (T, P, V, S, n i).
Potencialet termodinamike lidhen me njëri-tjetrin nga relacionet e mëposhtme
Sasia e substancës në gram; - sasia e substancës në nishane;
M është pesha molekulare e substancës përkatëse.
Për teorinë e tretësirave të ngurta, mbi të cilat funksionojnë të gjitha pajisjet mikroelektronike, metoda e potencialeve kimike e zhvilluar nga Gibbs ka një rëndësi të madhe. Ekuilibri kimik mund të përcaktohet duke përdorur potencialet kimike.
Potenciali kimik karakterizohet nga energjia për atom
Potenciali kimik; G – energjia Gibbs;
N o – numri i Avogadro, N А – L = mol -1
dmth (P,T) = (P,T)
Të dy kthesat karakterizojnë një ulje monotonike me temperaturën, duke përcaktuar vlerën e entropisë së fazës
Diagramet e fazave janë një pjesë integrale e diskutimeve të vetive të materialit kur bëhet fjalë për ndërveprimin e materialeve të ndryshme.
Diagramet njëfazore përshkruajnë gjendjen fazore të vetëm një materiali.
Një diagram fazor binar (diagrami i fazës së sistemit binar) paraqet gjendjen e një sistemi me dy komponentë.
Kombinimet e elementeve që formojnë komponime kimike kanë diagrame fazore më komplekse.
Letërsia
1. Ormont B. F. Hyrje në kiminë fizike dhe kiminë kristalore të gjysmëpërçuesve. – M.: Shkolla e lartë, 1973.
2. Metalurgji fizike / Redaktuar nga R. Kahn, vëll. 2. Transformimet fazore. Metalografia. – M.: Mir, 1968.
3. Yu.M. Tairov, V.F. Tsvetkov "Teknologjia e materialeve gjysmëpërçuese dhe dielektrike", - M.: Shkolla e Lartë, 1990.
4. “Punëtori për gjysmëpërçuesit dhe pajisjet gjysmëpërçuese”, / Ed. Shalimova K.V. – M.: Shkolla e lartë, 1968.
Le të shqyrtojmë P− T− X diagramet për sistemet binare. Punë intensive studimore P− T− X diagramet fazore kanë treguar se përdorimi i presioneve të larta (dhjetëra e qindra mijëra atmosfera) në disa raste çon në një ndryshim të llojit të diagramit fazor, në një ndryshim të mprehtë të temperaturave të transformimeve fazore dhe polimorfike, në shfaqjen e fazat e reja që mungojnë në një sistem të caktuar në presionin atmosferik. Për shembull, një diagram me tretshmëri të pakufizuar në gjendje të ngurtë në temperatura të larta dhe zbërthimi i tretësirës së ngurtë α në dy tretësirë të ngurtë α1 + α2 në temperatura të ulëta mund të shndërrohet gradualisht në një diagram me eutektikë me presion në rritje (shih Fig. 4.18, A). Në Fig. 4.18, b tregon diagramin e gjendjes së sistemit Ga–P në të cilin formohet komponimi gjysmëpërçues GaP. Në varësi të presionit, kjo përbërje mund të shkrihet në mënyrë kongruente ose jo. Pamja e diagramit të dyfishtë ndryshon në përputhje me rrethanat. T− X në seksione të ndryshme izobarike të trefishta P− T− X diagramet.
Në praktikë, vëllimore P− T− X diagramet ndërtohen shumë rrallë. Zakonisht transformimet fazore në tredimensionale P− T− X Listat e Ana
Oriz. 4.18. A- P− T− X diagramë; b- P− T− X diagrami i gjendjes
Sistemet Ga–P me përbërje GaP që shkrihet në mënyrë kongruente dhe të papajtueshme
në varësi të presionit.
lyse duke përdorur projeksionet e tyre në aeroplan P− T, T− X Dhe P− X, si dhe seksione të ndryshme në temperatura ose presione konstante (shih Fig. 4.18, A).
Vini re se kur analizohen transformimet fazore në një sistem, duhet dalluar P− T− X diagramet fazore në të cilat presioni i disociimit P dis9 është i vogël dhe P në diagramin fazor - ky është presioni i jashtëm dhe në të cilin presioni i disociimit është i lartë dhe P- Kjo P dis. Në sistemet, përbërësit e të cilëve kanë një presion të ulët disociimi dhe në të cilët pika maksimale e shkrirjes së përzierjes është më e ulët se pika më e ulët e vlimit (nuk ka përbërës shumë të paqëndrueshëm në sistem), roli i fazës së gazit gjatë transformimeve fazore mund të neglizhohet. . Nëse presioni i disociimit të ndonjërit prej përbërësve është i lartë (sistemi përmban përbërës shumë të paqëndrueshëm), atëherë përbërja e fazës së gazit duhet të merret parasysh në temperatura si mbi dhe nën likuidus.
Le të hedhim një vështrim më të afërt në diagramet e fazave P dis − T− X me të lartë
presioni i disociimit (diagramet e fazave me komponentë shumë të paqëndrueshëm). Duhet të theksohet se vëmendja ndaj tyre është rritur për shkak të rritjes së rolit të komponimeve që përmbajnë përbërës të paqëndrueshëm në elektronikën gjysmëpërçuese. Për shembull, këto përfshijnë komponimet AIIIBV që përmbajnë përbërës shumë të paqëndrueshëm fosfor dhe arsenik, komponimet AIIBVI që përmbajnë merkur, AIVBVI që përmbajnë squfur, etj.
Të gjitha përbërjet gjysmëpërçuese kanë një zonë pak a shumë të zgjeruar homogjeniteti, domethënë ato janë të afta të treten në vetvete.
9 P dis është presioni i ekuilibrit për kushtet e dhëna të disociimit të të gjitha fazave në ekuilibër. Nëse ka një komponent shumë të paqëndrueshëm në sistem P dis është presioni i disociimit të ekuilibrit të komponentit shumë të paqëndrueshëm të sistemit.
ndonjë nga përbërësit që tejkalojnë përbërjen stekiometrike ose një përbërës të tretë.
Çdo devijim nga përbërja stoikiometrike ndikon në vetitë elektrike (shih Kapitullin 3). Prandaj, për të përftuar në mënyrë të riprodhueshme kristale që përmbajnë një përbërës të paqëndrueshëm me veti të specifikuara, është gjithashtu e nevojshme të merren në mënyrë të riprodhueshme komponime të një përbërjeje të caktuar.
Sidoqoftë, paqëndrueshmëria e njërit prej përbërësve të përbërjes çon në një devijim nga përbërja stekiometrike për shkak të formimit të vendeve të lira - anionike ose kationike - në varësi të presionit të disociimit të cilit përbërës është më i lartë, dhe, në përputhje me rrethanat, një tepricë e komponent tjetër. Siç është diskutuar tashmë në kapitullin. 3, vendet e lira në një numër përbërjesh mund të krijojnë nivele pranuesi ose dhuruesi, duke ndikuar kështu në vetitë fizike.
Energjia e formimit të vakancave në pozicionet A dhe B nuk është pothuajse asnjëherë e njëjtë, prandaj përqendrimi i vakancave anionike dhe kationike është gjithashtu i ndryshëm, dhe rajoni i homogjenitetit të përbërjes rezulton të jetë asimetrik në lidhje me përbërjen stoikiometrike. Prandaj, për pothuajse të gjitha përbërjet, temperatura maksimale e shkrirjes nuk korrespondon me një aliazh të përbërjes stoikiometrike.10
Është e mundur të parandalohet një ndryshim në përbërjen e një përbërjeje për shkak të paqëndrueshmërisë nëse rritet nga një shkrirje ose tretësirë në një presion të jashtëm të përbërësit të paqëndrueshëm të barabartë me presionin e disociimit në temperaturën e rritjes. Kjo gjendje zgjidhet duke përdorur P dis − T– X diagramet.
Presioni i disociimit të një komponenti shumë të paqëndrueshëm në lidhjet varet fuqimisht nga përbërja e tij, zakonisht zvogëlohet me uljen e përqendrimit të këtij komponenti, si për shembull, për sistemin In-As (presioni i disociimit të arsenikut zvogëlohet me pothuajse katër rend të madhësisë me ulje e përqendrimit të arsenikut në intervalin nga 100 në 20 %). Si rezultat, presioni i disociimit të përbërësit të paqëndrueshëm në përbërje është shumë më i vogël se presioni i disociimit mbi përbërësin e pastër në të njëjtën temperaturë.
Kjo rrethanë përdoret në skemën me dy temperatura për marrjen e këtij përbërësi. Në një furrë krijohen dy zona të temperaturës.
10 Megjithatë, për komponimet, veçanërisht AIII BV, me një rajon homogjeniteti të ngushtë dhe shumicën e komponimeve, veçanërisht AIV BVI, me një gjerësi mesatare të rajonit të homogjenitetit, përdoret koncepti i përbërjeve të shkrirjes në mënyrë kongruente, pasi devijimet e temperaturës aktuale të shkrirjes të përbërjes nga temperatura e shkrirjes së përbërjes me përbërje stekiometrike janë të parëndësishme .
Oriz. 4.19. P dis − T seksioni P dis − T− X diagramet fazore të sistemit Pb–S. 1 -
linja trefazore; 2 - PS 2 squfur i pastër mbi PbS+S2; 3 - PS 2 mbi PbS+Pb.
Njëra ka temperaturë T 1, e barabartë me temperaturën e kristalizimit të përbërjes. Këtu vendoset një enë me shkrirje. Në zonën e dytë vendoset përbërësi i pastër i paqëndrueshëm i përbërjes As. Temperatura T 2 në zonën e dytë mbahet në një temperaturë të barabartë në të cilën presioni i disociimit të përbërësit të paqëndrueshëm në formën e tij të pastër është i barabartë me presionin e disociimit të këtij përbërësi në përbërje në temperaturë T 1. Si rezultat, në zonën e parë, presioni i avullit të përbërësit të paqëndrueshëm mbi përbërjen është i barabartë me presionin e tij të pjesshëm të disociimit në përbërje, i cili parandalon avullimin e këtij përbërësi nga shkrirja dhe siguron kristalizimin e përbërjes së një përbërjen e dhënë.
Në Fig. 4.19 jepet P− T projeksioni i diagramit fazor Pb–S.
Vija e ngurtë tregon vijën e ekuilibrit trefazor të fazave të ngurta, të lëngëta dhe të gazta, duke kufizuar rajonin e qëndrueshmërisë së përbërjes së ngurtë; vija me pika - linjat e izokoncentrimit brenda rajonit të homogjenitetit. Linjat e izokoncentrimit tregojnë kompozime me devijime të barabarta nga stoikiometria (përbërje identike) drejt plumbit të tepërt (përçueshmëria n-lloj) ose drejt squfurit të tepërt (përçueshmëria fq-tipi), ekuilibri në vlerat e dhëna të temperaturës dhe presionit të avullit të squfurit. Linjë n= fq korrespondon me vlerat e temperaturës dhe presionit PS 2, në të cilën faza e ngurtë ka një përbërje strikte stoikiometrike. Ai kalon vijën trefazore në një temperaturë që është pika e shkrirjes së përbërjes stekiometrike. ose drejt squfurit të tepërt (përçueshmëri fq-lloj).
Siç mund të shihet nga Fig. 4.19, pika e shkrirjes së një përbërjeje me përbërje stekiometrike është më e ulët se temperatura maksimale e shkrirjes që ka një aliazh me tepricë plumbi në krahasim me përbërjen e formulës. Është e dukshme një varësi e mprehtë e përbërjes kristalore nga presioni i pjesshëm i avullit të përbërësit të paqëndrueshëm. Në rajonin e temperaturave të larta, të gjitha kthesat që korrespondojnë me përbërje të ndryshme i afrohen vijës n= fq. Ndërsa temperatura zvogëlohet, diferenca midis presioneve të ekuilibrit që korrespondojnë me përbërje të ndryshme rritet. Kjo shpjegon vështirësinë e përftimit të një aliazhi të një përbërjeje të caktuar drejtpërdrejt gjatë kristalizimit, i cili ndodh në temperatura të larta. Meqenëse kthesat e presionit të pjesshëm për përbërje të ndryshme janë të ngjashme, devijimet e vogla të rastësishme në presionin e avullit të një komponenti të paqëndrueshëm mund të çojnë në një ndryshim të dukshëm në përbërjen e fazës së ngurtë.
Nëse, pas rritjes, kristali i nënshtrohet pjekjes afatgjatë në temperatura më të ulëta dhe një presion të tillë që linjat e përqendrimit për përbërje të ndryshme ndryshojnë ndjeshëm, atëherë përbërja e kristalit mund të sillet në vlerën e specifikuar. Kjo përdoret shpesh në praktikë.
) — paraqitja grafike e gjendjeve të një sistemi termodinamik në hapësirën e parametrave të gjendjes kryesore - temperatura T, presion fq dhe përbërjen x.
Përshkrim
Diagramet e fazave bëjnë të mundur zbulimin se cilat faza (d.m.th., nënsisteme homogjene që ndryshojnë në strukturë dhe/ose veti nga të tjerët) mund të jenë të pranishme në një sistem të caktuar në kushte dhe përbërje të caktuar. Për sistemet komplekse që përbëhen nga shumë faza dhe komponentë, ndërtimi i diagrameve fazore nga të dhënat eksperimentale dhe të dhënat e modelimit termodinamik është një mënyrë thelbësore për të parashikuar sjelljen gjatë proceseve të ndryshme. Analiza e vendndodhjes relative të fushave, sipërfaqeve dhe linjave që i ndajnë ato, si dhe pikave të kryqëzimit të këtyre të fundit bën të mundur përcaktimin e qartë dhe të qartë të kushteve të ekuilibrave fazor, shfaqjes së fazave të reja dhe përbërjeve kimike në sistem. , formimi dhe zbërthimi i tretësirave të lëngëta dhe të ngurta etj.
Diagramet fazore përdoren në shkencën e materialeve, metalurgjinë, rafinimin e naftës, teknologjinë kimike (në veçanti, në zhvillimin e metodave për ndarjen e substancave), prodhimin e pajisjeve elektronike dhe mikroelektronikës, etj. Me ndihmën e tyre, kushtet për sintezën industriale të zgjidhen substancat, përcaktohet drejtimi i proceseve që lidhen me tranzicionet fazore dhe zgjedhja e mënyrave të trajtimit të nxehtësisë, kërkimi i kompozimeve fazore optimale, etj.
Diagramet fazore të sistemeve me një përbërës përshkruhen në një plan në koordinata p–T. Ato përmbajnë fusha që korrespondojnë me ekzistencën e një ose një faze tjetër të substancës (modifikime të gazta, të lëngshme, të ndryshme të ngurta), të ndara nga linjat e ekuilibrit fazor, përgjatë të cilave është e mundur bashkëjetesa e fazave ngjitur. Vendet ku konvergojnë tre linja të ndryshme të ekuilibrit fazor formojnë të ashtuquajturat pika të trefishta, në të cilat mund të bashkëjetojnë tre faza. Ky është numri maksimal i fazave që mund të bashkëjetojnë në ekuilibër në sistemet me një komponent.
Numri i fazave të pranishme në një pikë të caktuar në diagramin fazor përcaktohet nga rregulli i fazës Gibbs dhe është n + 2 – f, Ku n- numri i përbërësve, d.m.th ato substanca, sasia e të cilave në sistem mund të ndryshojë në mënyrë të pavarur nga të tjerët, numri 2 korrespondon me presionin dhe temperaturën (kështu, n+ 2 është numri i parametrave që përcaktojnë gjendjen e sistemit, dhe f- numri i shkallëve të lirisë, d.m.th. numri i atyre forcave të përgjithësuara (presioni, temperatura, potencialet kimike të përbërësve) që mund të ndryshojnë në mënyrë të pavarur brenda kufijve të caktuar pa ndryshuar përbërjen e fazës së ekuilibrit.
Për shembull, brenda fushave të një diagrami fazor me një komponent, ku është e pranishme një fazë e vetme, presioni dhe temperatura mund të ndryshojnë në mënyrë të pavarur, dhe pika e trefishtë është e ashtuquajtura pika e ekuilibrit invariant.
Përveç kësaj, diagrami fazor i një sistemi me një komponent mund të përshkruajë faza metastabile, d.m.th. faza që nuk janë ekuilibër, por mund të ekzistojnë në një gamë të caktuar parametrash për një kohë të gjatë për shkak të stabilitetit kinetik, si dhe një pikë kritike - pikë në vijën e ekuilibrit të lëngut-gazit, pas së cilës ndryshimi i papritur në vetitë e këtyre fazave zhduket dhe koncepti i një tranzicioni fazor humbet kuptimin e tij.
Përveç temperaturës dhe presionit, parametra të tjerë të gjendjes së sistemit mund të konsiderohen, për shembull, forca e fushës magnetike ( H). Pastaj diagrami fazor bëhet shumëdimensional dhe seksionet e tij të ndryshme merren parasysh, për shembull H–T, dhe në rregullën e fazës numri 2 ndryshon në numrin përkatës të forcave (fushave) të përgjithësuara.
Diagramet fazore të sistemeve shumëkomponente janë gjithashtu shumëdimensionale. Është i përshtatshëm për të studiuar seksionet e tyre të sheshta, të tilla si përbërja e temperaturës dhe përbërja e presionit. Për seksionet izobarike-izotermike të diagrameve fazore të sistemeve me tre komponentë, të cilat përshkruajnë varësinë e përbërjes fazore të sistemit vetëm nga përbërja e tij përbërëse, përdoren të ashtuquajturat trekëndësha Gibbs.
Parimet e përgjithshme të diskutuara më sipër vlejnë edhe për diagramet fazore me shumë komponentë. Një shembull i izobarit ( T–x) seksionet tërthore të diagramit fazor me dy komponentë janë paraqitur në Fig. Fushat e diagrameve të tilla mund të korrespondojnë me një ose dy faza bashkëekzistuese, duke përfshirë shkrirjen e përbërësve, fazat e ngurta të përbërësve të pastër ose përbërjet e tyre me përbërje të ndërmjetme dhe fazat e tretësirave të ngurta.
Raporti i fazës në fushën që korrespondon me dy faza përcaktohet nga rregulli i levës - është në përpjesëtim të kundërt me raportin e distancave horizontale me linjat e ekuilibrit të fazës që kufizojnë fushën, dhe koordinatat e kryqëzimit të horizontales me këto linja përcaktojnë përbërjen përbërëse të fazave bashkëekzistuese.
Ndër elementët e rëndësishëm T–x seksionet tërthore të diagrameve me dy komponentë duhet të përmendin vijën likuidus, mbi të cilën është e pranishme vetëm faza e lëngshme; vija solidus, nën të cilën është e pranishme vetëm faza e ngurtë, pikat eutektike (pikat e shkrirjes kongruente), të përbashkëta për solidusin dhe likuidusin (në thyerjen e këtij të fundit) dhe pikat peritektike (pikat e shkrirjes jokongruente, d.m.th. shkrirja me zbërthim të pjesshëm të fazës së ngurtë) në kurbën likuidus, në të cilën mund të bashkëjetojnë një fazë e lëngët dhe dy faza të ngurta, si dhe vijat horizontale përkatëse të shndërrimeve eutektike dhe peritektike.
Për fazat që përbëhen nga grimca me madhësi nanoz, mund të ketë një varësi të vetive fizike nga madhësia, kështu që diagrami fazor ndonjëherë mbushet me një shkallë dispersie.
Ilustrime
Autorët
- Goldt Ilya Valerievich
- Ioffe Ilya Naftolievich
Burimet
- Anosov V. Ya., Pogodin S. A. Parimet themelore të analizës fizike dhe kimike. - M.–L.: Shtëpia Botuese e Akademisë së Shkencave të BRSS, 1947. - 876 f.
- Enciklopedia kimike. - M.: Enciklopedia Sovjetike, 1988.
Një fazë është një gjendje ekuilibri termodinamik i një substance që ndryshon në vetitë fizike nga gjendjet e tjera të mundshme të ekuilibrit të së njëjtës substancë. Kalimi i një substance nga një fazë në tjetrën - një tranzicion fazor - shoqërohet gjithmonë me ndryshime cilësore në vetitë e trupit. Një shembull i tranzicionit fazor janë ndryshimet në gjendjen e grumbullimit. Por koncepti i "tranzicionit të fazës" është më i gjerë, sepse ai përfshin gjithashtu kalimin e një substance nga një modifikim në tjetrin duke ruajtur gjendjen e grumbullimit (polimorfizëm), për shembull, shndërrimi i diamantit në grafit.
Ekzistojnë dy lloje të tranzicionit fazor:
Tranzicioni fazor i rendit të parë - shoqërohet me thithjen ose lëshimin e nxehtësisë, një ndryshim në vëllim dhe ndodh në një temperaturë konstante. Shembuj: shkrirja, kristalizimi, avullimi, sublimimi (sublimimi) etj.
Tranzicionet fazore të llojit të dytë - ndodhin pa lëshimin ose thithjen e nxehtësisë, me vëllim të mbajtur, por me një ndryshim të menjëhershëm të kapacitetit të nxehtësisë. Shembuj: kalimi i mineraleve feromagnetike në vlera të caktuara të presionit dhe temperaturës në një gjendje paramagnetike (hekur, nikel); kalimi i disa metaleve dhe lidhjeve në temperatura afër 0 0 K në gjendje superpërcjellëse (ρ = 0 Ohm∙m), etj.
Për një substancë kimikisht homogjene, koncepti i fazës përkon me konceptin e gjendjes së grumbullimit. Le të shqyrtojmë transformimet fazore për një sistem të tillë, duke përdorur një diagram fazor për qartësi. Në të, në koordinatat p dhe T, specifikohet marrëdhënia midis temperaturave të tranzicionit fazor dhe presionit. Këto varësi në formën e kurbave të avullimit (EI), shkrirjes (OP) dhe sublimimit (OS) formojnë diagramin fazor.
Pika e kryqëzimit O e kurbave përcakton kushtet (vlerat T dhe p) në të cilat të tre gjendjet e grumbullimit të një substance janë në ekuilibër termodinamik.
Për këtë arsye quhet pika e trefishtë. Për shembull, pika e trefishtë e ujit është një nga pikat referuese të shkallës së temperaturës Celsius (0 0 C). Siç vijon nga ekuacioni Clapeyron-Clausius, natyra e varësisë T =f(p) për tranzicionin ngurtë-lëng (lakbat OP) mund të jetë e ndryshme: Nëse një substancë rritet në vëllim gjatë kalimit në fazën e lëngshme (uji, bismut, germanium, gize ...), atëherë rrjedha e kësaj varësie është treguar në Fig. 2a. Për substancat që zvogëlojnë vëllimin e tyre me kalimin në fazën e lëngshme, varësia ka formën e treguar në Fig. 2b.
Kurba e avullimit përfundon në një pikë kritike - TE. Siç shihet nga diagrami, ekziston mundësia e kalimit të vazhdueshëm të lëngut në fazën e gaztë pa kaluar lakoren e avullimit, d.m.th. pa transformimet fazore të qenësishme në një tranzicion të tillë.
Në një presion më të vogël se p t.pikë. , një substancë mund të ekzistojë vetëm në dy faza: e ngurtë dhe e gaztë. Për më tepër, në temperatura nën Ttr.pt. , një kalim nga e ngurtë në gaz është e mundur pa kaluar nëpër fazën e lëngshme. Ky proces quhet sublimim ose sublimim. Nxehtësia specifike e sublimimit
τ sub = λ pl +r përdorim
TË NGURTA.
Një gjendje e ngurtë, një gjendje grumbullimi i një substance, e cila karakterizohet nga prania e forcave të rëndësishme të ndërveprimit ndërmolekular, stabiliteti i formës dhe vëllimit. Lëvizja termike e grimcave të një trupi të ngurtë përfaqëson lëkundjet me amplitudë të vogël rreth pozicioneve të ekuilibrit. Ekzistojnë struktura kristalore dhe amorfe të trupave të ngurtë.
Një tipar karakteristik i mikrostrukturës së kristaleve është periodiciteti hapësinor i fushave të tyre të brendshme elektrike dhe përsëritshmëria në rregullimin e grimcave që formojnë kristal - atomet, jonet dhe molekulat (rendi me rreze të gjatë). Grimcat alternojnë në një rend të caktuar përgjatë vijave të drejta, të cilat quhen vija nodale. Në çdo seksion të sheshtë të një kristali, dy sisteme të kryqëzuara të vijave të tilla formojnë një grup paralelogramesh plotësisht identike që mbulojnë fort, pa boshllëqe, rrafshin e seksionit. Në hapësirë, kryqëzimi i tre sistemeve jo-koplanare të linjave të tilla formon një rrjet hapësinor që e ndan kristalin në një grup paralelipipedësh plotësisht identikë. Pikat e kryqëzimit të vijave që formojnë rrjetën kristalore quhen nyje. Distancat midis nyjeve përgjatë një drejtimi të caktuar quhen përkthime ose periudha grilë. Një paralelipiped i ndërtuar mbi tre përkthime jo-koplanare quhet një qelizë njësi ose paralelipiped i përsëritshmërisë së rrjetës. Vetia gjeometrike më e rëndësishme e rrjetave kristalore është simetria në renditjen e grimcave në lidhje me drejtime dhe plane të caktuara. Për këtë arsye, megjithëse ka disa mënyra për të zgjedhur një qelizë njësi për një strukturë të caktuar kristalore, ajo zgjidhet në mënyrë që të përputhet me simetrinë e rrjetës.
Ekzistojnë dy kritere me të cilat klasifikohen kristalet: a) kristalografik - sipas gjeometrisë së rrjetës kristalore dhe b) fizik - sipas natyrës së bashkëveprimit të grimcave të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore dhe natyrës së tyre.
Gjeometria e rrjetave kristalore dhe e qelizave të tyre njësi përcaktohet nga numri i elementeve të simetrisë që përdoren për të ndërtuar një rrjetë të caktuar. Numri i llojeve të mundshme të simetrisë është i kufizuar. Kristalografi rus E.S. Fedorov (1853 - 1919) tregoi se ekzistojnë vetëm 230 kombinime të mundshme të elementeve të simetrisë, të cilat, përmes përkthimit paralel, reflektimit dhe rrotullimit, sigurojnë një dendur, d.m.th. ambalazhimi i qelizave elementare në hapësirë pa boshllëqe dhe çarje. Bravais tregoi se ekzistojnë vetëm 14 lloje grilash, të cilat ndryshojnë në llojin e simetrisë së transferimit. Ka grila Bravais primitive (të thjeshta), të përqendruara në bazë, në qendër të trupit dhe në qendër të fytyrës. Sipas formës së qelizës, në varësi të këndeve ndërmjet faqeve të saj α, β dhe γ dhe raportit ndërmjet gjatësisë së skajeve. a, b Dhe Me këto 14 lloje rrjetash formojnë shtatë sisteme (sisteme) kristalore: kubike, gjashtëkëndore, tetragonale, trigonale ose romboedrale, ortoromike, monoklinike dhe trigonale.
Sipas natyrës së bashkëveprimit të grimcave të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore dhe natyrës së tyre, kristalet ndahen në katër lloje: jonike, atomike, metalike dhe molekulare.
Jonike - jonet e shenjave të kundërta ndodhen në nyjet e rrjetës kristalore; ndërveprimi është për shkak të forcave elektrostatike të tërheqjes (lidhja jonike ose heteropolare).
Atomet atomike - neutrale janë të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore, të mbajtura në nyje nga lidhje homeopolare ose kovalente.
Jonet metalike - pozitive metalike janë të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore; elektronet e lira formojnë të ashtuquajturin gaz elektronik, i cili siguron lidhjen e joneve.
Molekulat molekulare - neutrale janë të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore, forcat e ndërveprimit midis të cilave shkaktohen nga një zhvendosje e lehtë e resë elektronike të atomit (polarizimi ose forcat van der Waals).
Lëndët e ngurta kristalore mund të ndahen në dy grupe: njëkristale dhe polikristale. Për kristalet e vetme, një rrjetë e vetme kristalore vërehet në të gjithë trupin. Dhe megjithëse forma e jashtme e kristaleve të vetme të të njëjtit lloj mund të jetë e ndryshme, këndet midis fytyrave përkatëse do të jenë gjithmonë të njëjta. Një tipar karakteristik i kristaleve të vetme është anizotropia e vetive mekanike, termike, elektrike, optike dhe të tjera.
Kristalet e vetme shpesh gjenden në gjendjen e tyre natyrore në natyrë. Për shembull, shumica e mineraleve janë kristali, smeraldi, rubinët. Aktualisht, për qëllime prodhimi, shumë kristale të vetme rriten artificialisht nga solucione dhe shkrirje - rubin, germanium, silikon, arsenid galiumi.
I njëjti element kimik mund të formojë disa struktura kristalore që ndryshojnë në gjeometri. Ky fenomen quhet polimorfizëm. Për shembull, karboni - grafit dhe diamant; akull pesë modifikime, etj.
Përfaqësimi i saktë i jashtëm dhe anizotropia e vetive, si rregull, nuk shfaqen për trupat kristalorë. Kjo është për shkak se trupat e ngurtë kristalorë zakonisht përbëhen nga shumë kristale të vegjël të orientuar rastësisht. Trupat e tillë quhen polikristaline. Kjo është për shkak të mekanizmit të kristalizimit: kur arrihen kushtet e nevojshme për këtë proces, qendrat e kristalizimit shfaqen njëkohësisht në shumë vende në fazën fillestare. Kristalet e sapolindura janë të vendosura dhe të orientuara në raport me njëri-tjetrin plotësisht në mënyrë kaotike. Për këtë arsye, në fund të procesit, ne marrim një të ngurtë në formën e një konglomerati të kristaleve të vogla të shkrirë - kristaliteve.
DEFEKTET NË KRISTALE.
Kristalet reale kanë një numër shkeljesh të strukturës ideale, të cilat quhen defekte kristalore:
a) defekte pikash
Defektet Schottky (njësi të papushtuara nga grimcat);
Defektet e Frenkelit (zhvendosja e grimcave nga nyjet në ndërnyje);
papastërtitë (atomet e huaja të futura);
b) dislokimet lineare të skajeve dhe shqetësimet lokale të vidhave në rregullsinë e renditjes së grimcave, për shkak të paplotësimit të planeve individuale atomike, ose në sekuencën e ndërtimit të tyre;
c) planar – kufijtë ndërmjet pasqyrave, rreshtave të dislokimeve lineare.
TË NGURTA AMORFË.
Lëngjet e ngurta amorfe, në shumë nga vetitë e tyre dhe kryesisht në mikrostrukturën e tyre, duhet të konsiderohen si lëngje tepër të ftohta dhe me një koeficient viskoziteti shumë të lartë. Nga pikëpamja energjetike, ndryshimi midis trupave të ngurtë kristalorë dhe amorfë është qartë i dukshëm në procesin e ngurtësimit dhe shkrirjes. Trupat kristalorë kanë një pikë shkrirjeje - temperatura kur një substancë ekziston në mënyrë të qëndrueshme në dy faza - të ngurtë dhe të lëngët (Fig. 1). Kalimi i një molekule të ngurtë në një lëng do të thotë që ajo fiton tre shkallë shtesë të lirisë së lëvizjes përkthimore. Se. njësia e masës së një lënde në T pl. në fazën e lëngshme ka energji të brendshme më të madhe se e njëjta masë në fazën e ngurtë. Përveç kësaj, distanca midis grimcave ndryshon. Prandaj, në përgjithësi, sasia e nxehtësisë e nevojshme për të kthyer një masë njësi të një kristali në një lëng do të jetë:
λ = (U f -U k) + P (V f -V k),
ku λ është nxehtësia specifike e shkrirjes (kristalizimi), (U l -U k) është ndryshimi midis energjive të brendshme të fazës së lëngshme dhe kristalore, P është presioni i jashtëm, (V l -V k) është ndryshimi në vëllime specifike. Sipas ekuacionit Clausius-Clausius, temperatura e shkrirjes varet nga presioni:
.
Mund të shihet se nëse (V f -V k)> 0, atëherë 
> 0, d.m.th. Me rritjen e presionit, pika e shkrirjes rritet. Nëse vëllimi i një lënde zvogëlohet gjatë shkrirjes (V f -V k)<
0 (вода, висмут), то рост давления приводит
к понижению Т пл.
Trupat amorfë nuk kanë nxehtësi të shkrirjes. Ngrohja çon në një rritje graduale të shkallës së lëvizjes termike dhe një ulje të viskozitetit. Ekziston një pikë e përkuljes në grafikun e procesit, e cila në mënyrë konvencionale quhet temperatura e zbutjes.
