(1. Fazalar qoidasi. 2. Fazalar muvozanati diagrammalari tushunchalari. 3. Segmentlar qoidasi. 4. Davlat diagrammasiIIImehribon)
1. Fazalar qoidasi
Komponentlarning harorati yoki kontsentratsiyasi o'zgarganda, tizim (qotishma) turli holatlarda bo'lishi mumkin. Bir holatdan ikkinchi holatga o'tish jarayonida unda fazaviy o'zgarishlar sodir bo'ladi - yangi fazalar paydo bo'ladi yoki mavjud fazalar yo'qoladi.
Tizimning holatini o'zgartirish imkoniyati, ya'ni fazalarning soni va kimyoviy tarkibi uning dispersiyasi bilan belgilanadi - erkinlik darajalari soni.
Ta'rif. Tizimning erkinlik darajalari soni - tizimning fazalar sonini o'zgartirmasdan o'zgartirilishi mumkin bo'lgan tashqi (harorat, bosim) va ichki (kontsentratsiya) omillar soni.
Faza qoidasi tenglamasi ( Gibbs qonuni) bir necha komponentlardan tashkil topgan doimiy bosimdagi tizim uchun shaklga ega
C \u003d K - F + 1, (3.1)
bu erda C - erkinlik darajalari soni (tizimning dispersiyasi); K - komponentlar soni; F - fazalar soni.
Erkinlik darajalari soni har doim noldan katta yoki teng bo'lgani uchun, ya'ni. C 0, u holda komponentlar va fazalar soni o'rtasidagi shart bajariladi
F K + 1, (3.2)
qotishmalarda muvozanat fazalarining maksimal mumkin bo'lgan sonini o'rnatish.
2. Muvozanat faza diagrammalari tushunchalari
Fazaviy muvozanat diagrammasi ( davlat diagrammalari) qotishmalarning tuzilishini o'rganish, ularni issiqlik bilan ishlov berish rejimlarini tanlash va boshqalarda qo'llaniladi.
Muvozanat fazasi diagrammasi muvozanat sharoitida berilgan sharoitlarda (komponentlarning kontsentratsiyasi va harorat) qaysi fazalar mavjudligini ko'rsatadi. Diagramma agregat holatini, fazalarning soni va kimyoviy tarkibini, shuningdek, uning tarkibiy qismlarining harorati va konsentratsiyasiga qarab qotishmaning strukturaviy-faza holatini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.
Fazaviy muvozanat diagrammasi "grafik" bo'lib, uning abssissasida komponentlarning kontsentratsiyasi (har qanday qotishmadagi komponentlarning umumiy miqdori 100%), ordinatada esa harorat ko'rsatilgan. Diagrammaning x o'qidagi ekstremal nuqtalar (chap va o'ng) sof komponentlarga mos keladi. Ushbu o'qdagi har qanday boshqa nuqta qotishma komponentlarining ma'lum bir konsentratsiyasiga to'g'ri keladi.
Masalan, ikki komponentli qotishma uchun (3.1-rasm), nuqta A sofga mos keladi, ya'ni. tarkibida 100%, A komponenti, nuqta IN- sof komponent B, nuqta C - 75% A va 25% B o'z ichiga olgan qotishma, nuqta D - 75% B va 25% A ni o'z ichiga olgan qotishma. Konsentratsiya o'qi komponentlardan birining tarkibidagi o'zgarishlarni ko'rsatadi (3.1-rasmda - B komponenti).
Guruch. 3.1 - Fazalar muvozanati diagrammasi koordinatalari
Fazali diagrammalarni qurish uchun har xil tarkibdagi qotishmalar turli haroratlarda tekshiriladi. Diagrammalarni qurishning an'anaviy usuli termal tahlil usuli bo'lib, u "harorat - vaqt" koordinatalarida qotishmalarning sovutish egri chiziqlarini olish imkonini beradi. sovutish egri chiziqlari(qotishmalar).
Qotishmalar juda past tezlikda, ya'ni muvozanatga yaqin sharoitlarda sovutiladi.
Sovutish sxemalarini qurish quyidagi ketma-ketlikda amalga oshiriladi:
"harorat - konsentratsiya" koordinatalarida o'rganilayotgan kompozitsiyalarning qotishmalariga mos keladigan vertikal chiziqlarni chizish (konsentratsiya bosqichi qanchalik kichik bo'lsa, diagramma qanchalik aniq bo'lsa);
bu qotishmalar uchun sovutish egri chiziqlari qurilgan;
vertikal chiziqlarda nuqtalar harorat o'zgargan haroratni ko'rsatadi agregatsiya holati yoki tuzilishi qotishmalar;
turli qotishmalarning bir xil o'zgarishlar nuqtalari tizimning bir xil holatlari maydonlarini cheklovchi chiziqlar bilan bog'langan.
Biz bunday konstruktsiyalarni 1-sonli laboratoriya ishida "sink-qalay" holat diagrammasini qurishda bajardik ("Zn – sn»).
Diagrammaning ko'rinishi qattiq va suyuq holatdagi komponentlarning bir-biri bilan qanday o'zaro ta'sir qilishiga bog'liq.
Eng oddiy diagrammalar ikkilik (ikki yoki ikki komponentli) tizimlardir ( ko'p komponentli tizimlar ularga "ortiqcha" komponentlarning belgilangan qiymatlarida kamaytirilishi mumkin), ularning asosiy turlari qotishmalarning holati diagrammalarini o'z ichiga oladi qattiq holat(normal haroratda):
a) toza komponentlarning mexanik aralashmalari (I turdagi);
b) komponentlarning eruvchanligi cheksiz bo'lgan qotishmalar (II turdagi);
v) komponentlarning eruvchanligi cheklangan qotishmalar (III tur);
d) kimyoviy birikma hosil qiluvchi qotishmalar (IV tur).
Ma'ruzada fazaviy muvozanat diagrammalarini qurishni uchinchi turdagi fazaviy diagramma misolida ko'rib chiqamiz - komponentlarning eruvchanligi cheklangan qotishma (boshqa turdagi diagrammalar laboratoriya ishlarida ko'rib chiqiladi).
Lekin birinchi navbatda biz bunday diagrammalarni tahlil qilish uchun nima muhimligini muhokama qilamiz segment qoidasi(tutqich).
Kirish
1. Faza diagrammalarining turlari
2. Mikroelektronikadagi muhim tizimlar
3. Qattiq eruvchanlik
4. Fazali o’tishlar
Adabiyot
Kirish
Fazali diagrammalar turli materiallarning o'zaro ta'siri haqida gap ketganda, materiallarning xususiyatlarini har qanday muhokama qilishning ajralmas qismidir. Fazali diagrammalar mikroelektronikada ayniqsa muhimdir, chunki qo'rg'oshinlar va passivlashtiruvchi qatlamlarni ishlab chiqarish uchun u erda turli xil materiallarning katta to'plamidan foydalanish kerak. Integral mikrosxemalar ishlab chiqarishda kremniy turli metallar bilan yaqin aloqada bo'ladi, biz kremniy komponentlardan biri sifatida namoyon bo'ladigan fazaviy diagrammalarga alohida e'tibor qaratamiz.
Ushbu inshoda faza diagrammalarining qanday turlari, fazaviy o'tish tushunchasi, qattiq eruvchanlik, mikroelektronika uchun moddalarning eng muhim tizimlari muhokama qilinadi.
1. Faza diagrammalarining turlari
Bir fazali holat diagrammalari bosim, hajm va haroratga qarab, faqat bitta materialning faza holatini tasvirlaydigan grafiklardir. Odatda ikki o'lchovli tekislikda uch o'lchovli grafik chizish odatiy hol emas - ular uning proektsiyasini harorat-bosim tekisligida tasvirlaydi. Bir fazali holat diagrammasining namunasi shaklda keltirilgan. 1.
Guruch. 1. Bir fazali holat diagrammasi
Diagrammada material faqat bitta fazali holatda - qattiq, suyuq yoki gaz holda mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan hududlar aniq ko'rsatilgan. Belgilangan chiziqlar bo'ylab modda bir-biri bilan kontekstda ikki fazali holatga (ikki faza) ega bo'lishi mumkin. Har qanday birikma sodir bo'ladi: qattiq - suyuq, qattiq - bug ', suyuq - bug'. Diagramma chiziqlarining kesishish nuqtasida, ya'ni uchlik nuqtasi, barcha uch fazalar bir vaqtning o'zida mavjud bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, bu bitta haroratda mumkin, shuning uchun uch nuqta yaxshi harorat mos yozuvlar nuqtasi bo'lib xizmat qiladi. Odatda, mos yozuvlar nuqtasi suvning uch nuqtasidir (masalan, termojuftlar yordamida aniq o'lchovlarda, mos yozuvlar birikmasi muz-suv-bug 'tizimi bilan aloqada bo'lgan joyda).
Ikki fazali diagramma (ikki tizim holati diagrammasi) ikki komponentli tizimning holatini ifodalaydi. Bunday diagrammalarda harorat ordinata o'qi bo'ylab, aralashmaning tarkibiy qismlarining ulushi abscissa o'qi bo'ylab (odatda u umumiy massaning ulushi (og'.%) yoki umumiy sonning foizi bo'ladi. atomlar soni (at.%)). Bosim odatda 1 atm deb hisoblanadi. Suyuq va qattiq fazalar hisobga olinsa, hajmni o'lchash e'tiborga olinmaydi. Shaklda. 2. og'irlik yoki atom foizidan foydalangan holda A va B komponentlari uchun odatiy ikki fazali holat diagrammasini ko'rsatadi.
Guruch. 2. Ikki fazali holat diagrammasi
harfi A moddaning erigan B bilan fazasini, B moddaning unda erigan A modda bilan fazasini, + esa bu fazalarning aralashmasini bildiradi. Harf (suyuqlikdan - suyuqlikdan) suyuqlik fazasini anglatadi va L+ va L+ mos ravishda suyuqlik fazasi plyus faza yoki degan ma'noni anglatadi. Fazalarni ajratuvchi chiziqlar, ya'ni moddaning turli fazalari mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan chiziqlar quyidagi nomlarga ega: solidus - mos ravishda L + va L + fazalari bilan bir vaqtda yoki fazalari mavjud bo'lgan chiziq; solvus - va + yoki va + fazalari bir vaqtning o'zida mavjud bo'lgan chiziq, likvidus esa L faza va L+ yoki L+ fazalari bir vaqtda mavjud bo'lgan chiziq.
Ikki suyuqlik chizig'ining kesishish nuqtasi ko'pincha A va B moddalarning barcha mumkin bo'lgan birikmalari uchun eng past erish nuqtasi bo'lib, evtektik nuqta deb ataladi. Evtektik nuqtada komponentlar nisbati bo'lgan aralashma evtektik aralashma (yoki oddiygina evtektik) deb ataladi.
Keling, aralashmaning suyuq holatdan (erigan) qattiq holatga o'tishi qanday sodir bo'lishini va fazalar diagrammasi ma'lum bir haroratda mavjud bo'lgan barcha fazalarning muvozanat tarkibini bashorat qilishga qanday yordam berishini ko'rib chiqaylik. Keling, rasmga murojaat qilaylik. 3.
Guruch. 3. Davolanish jarayonlarini ko'rsatadigan ikki fazali holat diagrammasi
Faraz qilaylik, aralashmaning boshida T 1 haroratda C M tarkibi, T 1 dan T 2 gacha bo'lgan haroratda suyuq faza, T 2 haroratda esa L va fazalari bir vaqtda mavjud bo'ladi. Mavjud L fazaning tarkibi C M, fazasining tarkibi C 1 dir. Haroratning yana T 3 gacha pasayishi bilan suyuqlikning tarkibi suyuqlik egri chizig'i bo'ylab o'zgaradi va fazaning tarkibi izoterm (gorizontal chiziq) T 3 bilan kesishmaguncha solidus egri chizig'i bo'ylab o'zgaradi. Endi L fazaning tarkibi C L, fazaning tarkibi esa C 2 ga teng. Shuni ta'kidlash kerakki, C 2 tarkibida nafaqat T 3 haroratda da fazaga o'tgan modda, balki yuqori haroratda fazaga o'tgan barcha moddalar ham tarkibga ega bo'lishi kerak. C 2 . Kompozitsiyalarning bunday hizalanishi A komponentining mavjud fazaga qattiq holatda tarqalishi orqali sodir bo'lishi kerak, shuning uchun T 3 haroratga erishilganda, fazadagi barcha moddalar C 2 tarkibiga ega bo'ladi. Haroratning yana pasayishi bizni evtektik nuqtaga olib keladi. Unda va fazalari suyuq faza bilan bir vaqtda mavjud. Pastroq haroratlarda faqat va fazalari mavjud. C E tarkibidagi va fazalarning boshlang'ich tarkibi C 3 bo'lgan agregatlari bilan aralashmasi hosil bo'ladi. Keyin, bu aralashmani uzoq vaqt davomida eutektikadan past haroratda ushlab turish, siz qattiq olishingiz mumkin. Olingan qattiq tana ikki fazadan iborat bo'ladi. Fazalarning har birining tarkibi izotermaning mos keladigan solvus chizig'i bilan kesishgan nuqtasida aniqlanishi mumkin.
Hozirgina mavjud fazalarning har birining tarkibini qanday aniqlash mumkinligi ko'rsatilgan. Endi har bir fazadagi moddaning miqdorini aniqlash muammosini ko'rib chiqing. Chalkashmaslik uchun, rasmda. 4. Yana bir bor oddiy ikki fazali diagramma ko'rsatiladi. Faraz qilaylik, T 1 haroratda eritmaning tarkibi C M (B komponenti nazarda tutiladi), u holda T 2 fazada L CL tarkibga ega, fazasi esa C s tarkibiga ega bo'ladi. Qattiq holatdagi moddaning massasi M L, qattiq holatdagi moddaning massasi M S bo‘lsin. Umumiy massaning saqlanish sharti quyidagi tenglamaga olib keladi
(M L + M S)C M = M L C L + M S C S.
Guruch. 4. Daraja qoidasi
U T 1 haroratdagi moddaning umumiy massasi B foizga ko'paytirilsa, B moddaning umumiy massasi ekanligini aks ettiradi. Bu suyuqlik va B moddaning massalari yig'indisiga teng. T 2 haroratda qattiq fazalar. Ushbu tenglamani yechib, biz olamiz
. (1)
Bu ibora "daraja qoidasi" deb nomlanadi. Ushbu qoidadan foydalanib, eritmaning dastlabki tarkibi va uning umumiy massasini bilgan holda, ikki fazali diagrammaning istalgan qismi uchun har ikkala fazaning massalarini va har qanday fazadagi B moddasining miqdorini aniqlash mumkin. Xuddi shu tarzda, hisoblash mumkin
Shaklda. 5. eritmaning qotib qolishining yana bir misolini ko'rsatadi. Haroratning T 1 dan T 2 gacha pasayishi L va fazalarini mos ravishda C M va C tarkibi bilan aralashtirishga olib keladi. Keyinchalik sovutish bilan L tarkibi suyuqlik bo'ylab, tarkibi esa avval aytib o'tilganidek, solidus bo'ylab o'zgaradi. T 3 haroratga erishilganda, tarkibi C M ga teng bo'ladi va daraja qoidasiga ko'ra, T 3 dan past haroratda suyuqlik fazasi mavjud bo'lmaydi. T 4 dan past haroratda va fazalari va fazalarining agregatlari sifatida mavjud. Masalan, T 5 haroratda faza agregatlari T 5 izotermasi va solvus kesishishi bilan aniqlangan tarkibga ega bo'ladi. Tarkibi xuddi shunday - izoterma va solvus kesishishi bilan aniqlanadi.
Guruch. 5. Har qanday fazada mavjud bo'lgan A moddasining ikki fazali diagrammasi va qotib qolish jarayoni miqdori
Ikki fazali diagrammaning shu paytgacha va deb atalgan hududlari qattiq eruvchanlik mintaqalaridir: A va B hududida erigan.Ma’lum bir haroratda B da erishi mumkin bo‘lgan A ning maksimal miqdori haroratga bog‘liq. . Evtektik yoki undan yuqori haroratlarda A va B ning tez birlashishi sodir bo'lishi mumkin.Agar hosil bo'lgan qotishma tez sovutilsa, u holda A atomlari B panjarada "tutib olinishi" mumkin.Ammo xona haroratida qattiq eruvchanlik ancha past bo'lsa (bu bu haroratda ko'rib chiqilgan yondashuv unchalik mos emasligini ko'rsatadi), keyin qotishmada kuchli stresslar paydo bo'lishi mumkin, bu uning xususiyatlariga sezilarli ta'sir qiladi (muhim stresslar mavjud bo'lganda, o'ta to'yingan qattiq eritmalar paydo bo'ladi va tizim muvozanatda emas. holat va diagramma faqat muvozanat holatlari haqida ma'lumot beradi). Ba'zida bunday ta'sir, masalan, martensitni olish uchun qattiqlashtirib, po'latni qattiqlashtirganda maqsadga muvofiqdir. Ammo mikroelektronikada uning natijasi halokatli bo'ladi. Shuning uchun, doping, ya'ni diffuziyadan oldin kremniyga qo'shimchalar qo'shish, haddan tashqari qotishma tufayli sirtning shikastlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun yuqori haroratlarda amalga oshiriladi. Agar substratdagi dopant miqdori har qanday haroratda qattiq eruvchanlik chegarasidan yuqori bo'lsa, unda ikkinchi faza paydo bo'ladi va u bilan bog'liq deformatsiya.
2. Mikroelektronikada muhim ahamiyatga ega bo'lgan moddalar sistemalari
Bir-birida to'liq eriydigan bir qator materiallar mavjud. Mikroelektronika uchun kremniy va germaniy kabi ikkita muhim moddalar tizimi misol bo'la oladi. Silikon-germaniy tizimi rasmda ko'rsatilgan. 6.
Guruch. 6. Tizim kremniy - germaniy
Diagrammada evtektik nuqta yo'q. Bunday diagramma izomorf deb ataladi. Ikki element izomorf bo'lishi uchun ular Hume-Rothery qoidalariga bo'ysunishlari kerak, ya'ni. atom radiuslari qiymatlarida 15% dan ko'p bo'lmagan farq, bir xil ehtimollik, bir xil kristall panjara va qo'shimcha ravishda taxminan bir xil elektronegativlikka ega (atomning elektr manfiyligi uning qo'shimchasini jalb qilish yoki ushlab turish uchun xos oilasidir. elektronlar, kovalent aloqalar bilan). Cu-Ni, Au-Pt va Ag-Pd tizimlari ham izomorfdir.
Pb-Sn tizimi sezilarli, cheklangan bo'lsa-da, qattiq eruvchanligi bilan oddiy ikkilik tizimning yaxshi namunasi bo'lib xizmat qiladi. Ushbu tizim holatlarining fazaviy diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 7. Solvus va solvusning kesishish nuqtasi chegaraviy eruvchanlik deyiladi, qalayning ham qo'rg'oshindagi, ham qo'rg'oshinning qalaydagi chegaraviy eruvchanligining qiymati katta bo'ladi. Ushbu tizim mikroelektronika uchun qalay-qo'rg'oshin lehimlarining keng qo'llanilishi tufayli muhim ahamiyatga ega. Ushbu tizimning ikki fazali diagrammasi qotishma tarkibini o'zgartirish uning erish nuqtasini qanday o'zgartirishini ko'rsatadi. Mikrosxemani ishlab chiqarishda bir nechta ketma-ket lehimlar kerak bo'lganda, har bir keyingi lehim uchun pastroq erish nuqtasi bo'lgan lehim ishlatiladi. Bu ilgari qilingan lehimlar oqmasligi uchun amalga oshiriladi.
Guruch. 7. Qo'rg'oshin-qalay sistemasi holatlarining fazaviy diagrammasi
Mikrosxemalarni ishlab chiqarish uchun Au-Si tizimining xususiyatlari ham muhimdir, chunki bu tizimning evtektik harorati sof oltin yoki sof kremniyning erish nuqtalariga nisbatan juda past (9-rasm). Oltinning kremniy va kremniyning oltindagi eruvchanligi an'anaviy faza diagrammasida ko'rsatish uchun juda kichikdir. Past evtektik harorat tufayli, asosiy payvandlash (yoki lehimlash) mexanizmi sifatida Au-Si evtektik reaktsiyasidan foydalangan holda, oltin tagliklarga, ushlagichlarga yoki oltin yostiqli taxtalarga chiplarni o'rnatish foydalidir. Kremniy kristallarini lehimlash uchun tarkibida bir necha foiz germaniy bo'lgan oltin ham ishlatiladi.
Kimyoviy birikmalar hosil qiluvchi elementlarning birikmalari yanada murakkab holat diagrammalariga ega. Ular ikkita (yoki undan ko'p) oddiy diagrammalarga bo'linishi mumkin, ularning har biri ma'lum bir juft ulanishga yoki ulanish va elementlarga ishora qiladi. Misol uchun, AuAl 2 oltinning 33% (atom ulushi) 1060 ° dan past haroratda alyuminiy bilan birlashganda hosil bo'ladi (2.10-rasm). Ushbu chiziqning chap tomonida AuAl 2 va sof alyuminiy faza birga mavjud. AuAl 2 kabi birikmalar intermetalik deb ataladi va ikkita elementning tegishli stokiometrik nisbatida hosil bo'ladi. Intermetalik birikmalar yuqori erish nuqtasi, murakkab kristall tuzilishi bilan ajralib turadi va bundan tashqari, qattiq va mo'rt.
Au - Al holatlarining fazaviy diagrammasi ikki yoki undan ortiq diagrammaga bo'linishi mumkin, masalan, Al - AuAl 2 diagrammasi va AuAl 2 - Au diagrammasi.
Guruch. 8. Alyuminiy-kremniy tizimi
Au-Al tizimining diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 2.10 mikroelektronikada juda muhim, chunki oltin simlar odatda kremniy tepasida joylashgan alyuminiy metallizatsiya qatlamiga ulanadi. Bu erda bir nechta muhim intermetalik birikmalar keltirilgan: AuAl 2, Au 2 Al, Au 5 Al 2 va Au 4 Al. Ularning barchasi Au-Al aloqalarining o'tkazgichlarida bo'lishi mumkin.
Guruch. 9. Oltin-kremniy tizimi
Guruch. 10. Oltin - alyuminiy tizimi
3. Qattiq eruvchanlik
Ko'pgina qo'shimcha moddalarning kremniydagi cheklangan eruvchanligi juda past va aslida maksimal eruvchanlik emas. Shaklda. 11 kremniysiz nopoklik uchun odatiy solidus egri chizig'ini ko'rsatadi. E'tibor bering, eruvchanlik harorat bilan ma'lum bir qiymatgacha ortadi, keyin esa kremniyning erish haroratida nolga tushadi. Bunday egri chiziq retrograd eruvchanlik egri chizig'i deb ataladi. Kremniyning erish nuqtasi yaqinida ushbu diagrammaning takomillashtirilgan versiyasi rasmda ko'rsatilgan. 12.
Guruch. 11 Kremniyning retrograd eruvchanligi
Guruch. 12 Odatda kremniy faza diagrammasi
Agar kremniy eritmasining tarkibi erigan moddalar massasining foizida C M ga teng bo'lsa, u holda kremniy erigan moddaning tarkibi kC M bilan qattiqlashadi, bu erda k - ajratish koeffitsienti (k=C S /C L). Qattiq jismdagi konsentratsiya muzlashda C M qiymatiga yetganda, suyuq eritmadagi konsentratsiya C M /k ga teng bo'ladi, chunki suyuqlik va qattiq ekranlardagi konsentratsiyalarning nisbati k ga teng bo'lishi kerak. Solidus chizig'ining qiyaligi shuning uchun
,
va likvidatsiya qiyaligi
.
Likvidus va solidus qiyaliklarining nisbati ajratish koeffitsientiga teng bo'lib chiqadi
. (2)
4. Fazali o’tishlar
Tizim parametrlari o'zgarganda bir faza holatidan ikkinchisiga o'tish.
Birinchi turdagi fazali o'tishlar (bug'lanish, kondensatsiya, erish, kristallanish, bir kristall modifikatsiyasidan ikkinchisiga o'tish).
Moddalarning kristallik holati yettita singoniya (triklin, monoklinik, rombsimon, tetragonal, trigonal yoki romb ...., olti burchakli, kubik) bo‘yicha tasniflanadi, bu singoniyalarda atomlarning joylashishi esa 14 turdagi panjaralar bilan tavsiflanadi (Brave). panjara). Ushbu panjaralarda atomlarning o'rash darajasi har xil:
Oddiy kub f = 0,52
Hajmi markazlashtirilgan kub f = 0,68
FCC f = 0,74
Olti burchakli yopiq qadoqlash f = 0,74
Ushbu ma'lumotlardan juda muhim xulosa kelib chiqadi: polimorfik transformatsiyalar paytida (kristal panjara turining o'zgarishi) hajmning o'zgarishi va natijada materiallarning fizik-kimyoviy xususiyatlari.
Birinchi turdagi o'tishlarda o'tish nuqtasida ikkita faza birga mavjud.
A B
a) o'tish ma'lum bir haroratda amalga oshiriladi T per
b) o'tish jarayonida energiyaning birinchi hosilalari keskin o'zgaradi: entalpiya, entropiya, hajm (demak, zichlik)
Ikkinchi turdagi fazali o'tishlar
Ikkinchi turdagi o'tishlarda erkin energiya, entalpiya, entropiya, hajm va zichlikning birinchi hosilalari monoton ravishda o'zgaradi.
Bariy titanat - kub tuzilishi -> tetragonal tipik piezoelektrik.
MnO 117 K da antiferromagnit bo'lib, paramagnit fazaga o'tadi.
1. Eripresit tomonidan 1933 yilda taklif qilingan fazaviy o'zgarishlar tasnifiga ko'ra, transformatsiyalar birinchi va ikkinchi turdagi transformatsiyalarga (o'tishlarga) bo'linadi.
Birinchi turdagi o'tishlar termodinamik potentsialning birinchi hosilalarining harorat va bosimga nisbatan bosqichma-bosqich o'zgarishi bilan tavsiflanadi.
bu yerda S - entropiya, V - hajm
Fazali o'tish paytida termodinamik potentsial uzluksiz o'zgarganligi sababli ifoda bilan aniqlanadi
u holda energiya U ham keskin o'zgarishi kerak. Chunki
keyin o'tish issiqligi
haroratning mahsulotiga va fazalar entropiyasidagi farqga, ya'ni issiqlikning keskin o'zgarishi yoki yutilishiga teng.
Termodinamik potentsialning uzluksiz o'zgarishi muhim ahamiyatga ega. (T) va (T) funktsiyalari fazaga o'tish nuqtasi yaqinidagi xususiyatlarni o'zgartirmaydi, shu bilan birga faza o'tish nuqtasining har ikki tomonida termodinamik potentsialning minimallari mavjud.
Bu xususiyat tizimdagi fazali o'tish holatlarida fazalarni haddan tashqari qizib ketish yoki o'ta sovutish imkoniyatini tushuntiradi.
Termodinamik funksiyalarning sakrashlari orasidagi munosabatni aniqlaymiz va. Haroratga nisbatan differentsiallashgandan so'ng, S, V va q uchun ifodani hisobga olgan holda Funktsiya (R, T) = (R, T) munosabatini olamiz.
Bu taniqli Klauzis formulasi. Bu haroratning o'zgarishi bilan muvozanatdagi fazalar bosimining o'zgarishini yoki bosimning o'zgarishi bilan ikki faza o'rtasidagi o'tish haroratining o'zgarishini aniqlash imkonini beradi. Ovozning keskin o'zgarishi struktura va fazalar tizimi o'rtasida aniq bog'liqlikning yo'qligiga olib keladi, ular birinchi darajali fazaga o'tish jarayonida o'zgaradi, shuning uchun ular keskin o'zgaradi.
Birinchi turdagi fazali o'tishlar uchun odatda moddaning agregat holatlari o'rtasidagi o'tishlar, allotropik o'zgarishlar va ko'p komponentli materiallardagi ko'p fazali o'zgarishlar mavjud.
Ikkinchi tartibli fazali oʻtishlar va birinchi tartibli fazali oʻtishlar oʻrtasidagi tub farq quyidagicha: ikkinchi tartibli oʻtishlar termodinamik potentsial oʻzgarishining uzluksizligi bilan ham, termodinamik potensial hosilalari oʻzgarishining uzluksizligi bilan ham xarakterlanadi.
Kimyoviy muvozanat
Termodinamik funktsiya - tizimdagi zarrachalar sonining o'zgarishi bilan termodinamik potentsiallarning o'zgarishini aniqlaydigan holat funktsiyasi. Boshqacha qilib aytganda, tegishli transformatsiyalar va sharoitlarda (T, P, V, S, n i) komponentning bir fazadan ikkinchisiga o'z-o'zidan o'tish yo'nalishi va chegarasini belgilovchi funktsiya mavjud.
Termodinamik potentsiallar bir-biri bilan quyidagi munosabatlar orqali bog'lanadi
Gramdagi moddaning miqdori; - moldagi moddaning miqdori;
M - mos keladigan moddaning molekulyar og'irligi.
Barcha mikroelektron qurilmalar ishlaydigan qattiq eritmalar nazariyasi uchun Gibbs tomonidan ishlab chiqilgan kimyoviy potentsiallar usuli katta ahamiyatga ega. Kimyoviy muvozanatni kimyoviy potentsiallar yordamida aniqlash mumkin.
Kimyoviy potentsial 1 atomga to'g'ri keladigan energiya bilan tavsiflanadi
Kimyoviy salohiyat; G - Gibbs energiyasi;
N o - Avogadro raqami, N A - L \u003d mol -1
ya'ni (P, T) = (P, T)
Ikkala egri chiziq harorat bilan monotonik pasayishni tavsiflaydi, faza entropiyasining qiymatini belgilaydi
Fazali diagrammalar turli materiallarning o'zaro ta'siri haqida gap ketganda, moddiy xususiyatlarni muhokama qilishning ajralmas qismidir.
Bir fazali holat diagrammalarida faqat bitta materialning faza holati tasvirlangan.
Ikki fazali diagramma (ikki tizim holati diagrammasi) ikki komponentli tizimning holatini ifodalaydi.
Kimyoviy birikmalar hosil qiluvchi elementlarning birikmalari yanada murakkab holat diagrammalariga ega.
Adabiyot
1. Ormont BF Yarimo‘tkazgichlarning fizik kimyosi va kristall kimyosiga kirish. - M .: Oliy maktab, 1973 yil.
2. Jismoniy metallurgiya / Kan R. tahriri, jild. 2. Fazali transformatsiyalar. Metallografiya. – M.: Mir, 1968 yil.
3. Yu.M. Tairov, V.F. Tsvetkov "Yarim o'tkazgich va dielektrik materiallar texnologiyasi", - M .: Oliy maktab, 1990 yil.
4. "Yarim o'tkazgichlar va yarim o'tkazgich qurilmalari bo'yicha seminar", /Tad. Shalimova K.V. - M .: Oliy maktab, 1968 yil.
O'ylab ko'ring P− T− X ikkilik tizimlar uchun diagrammalar. Intensiv o'quv ishi P− T− X holat diagrammalari shuni ko'rsatdiki, yuqori bosimlardan foydalanish (o'nlab va yuz minglab atmosfera) ba'zi hollarda holat diagrammasi turining o'zgarishiga, faza va polimorf o'zgarishlar haroratining keskin o'zgarishiga olib keladi. atmosfera bosimida berilgan tizimda mavjud bo'lmagan yangi fazalar. Masalan, yuqori haroratlarda qattiq holatda cheksiz eruvchanlikka ega bo'lgan diagramma va qattiq eritma a ning past haroratlarda ikkita qattiq eritmaga a1 + a2 ga parchalanishi asta-sekin bosimning oshishi bilan evtektik diagrammaga aylanishi mumkin (2-rasmga qarang). 4.18, A). Shaklda. 4.18, b GaP yarimo'tkazgich birikmasi hosil bo'lgan Ga–P tizimining faza diagrammasini ko'rsatadi. Bosimga qarab, bu birikma mos yoki mos kelmaydigan erishi mumkin. Shunga ko'ra, qo'sh diagrammaning ko'rinishi ham o'zgaradi. T− X har xil izobar kesimlarda uch barobar P− T− X diagrammalar.
Amalda, hajm P− T− X jadvallar juda kam uchraydi. Odatda uch o'lchamli fazali o'zgarishlar P− T− X ana diagrammalar
Guruch. 4.18. A- P− T− X diagramma; b- P− T− X holat diagrammasi
GaP birikmasi mos va mos kelmaydigan eriydigan Ga-P tizimlari
bosimga bog'liq.
ularning tekislikdagi proyeksiyalaridan foydalanib lizis P− T, T− X Va P− X, shuningdek, harorat yoki bosimning doimiy qiymatlarida turli bo'limlar (4.18-rasmga qarang). A).
E'tibor bering, tizimdagi fazaviy o'zgarishlarni tahlil qilganda, ularni farqlash kerak P− T− X dissotsiatsiya bosimi bo'lgan fazali diagrammalar P dis9 oz va P faza diagrammasida tashqi bosim va unda dissotsilanish bosimi yuqori va P- Bu P dis. Komponentlari dissotsilanish bosimi past bo'lgan va aralashmaning maksimal erish nuqtasi eng past qaynash nuqtasidan past bo'lgan tizimlarda (tizimda uchuvchi komponentlar mavjud emas), faza o'zgarishlarida gaz fazasining rolini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Agar biron bir komponentning dissotsiatsiya bosimi yuqori bo'lsa (tizimda juda uchuvchan komponentlar mavjud bo'lsa), u holda gaz fazasining tarkibi suyuqlikdan yuqori va past haroratlarda ham hisobga olinishi kerak.
Keling, fazali diagrammalarni batafsil ko'rib chiqaylik P dis - T− X yuqori
dissotsiatsiya bosimi (uchuvchi komponentlar bilan fazali diagrammalar). Ta'kidlash joizki, yarimo'tkazgichli elektronikada uchuvchi komponentlarni o'z ichiga olgan birikmalarning roli ortishi tufayli ularga e'tibor kuchaygan. Masalan, fosfor va mishyakning uchuvchi komponentlarini o'z ichiga olgan IIIBV birikmalari, simobli AIIBVI birikmalari, oltingugurtli AIVBVI va boshqalar.
Barcha yarimo'tkazgichli birikmalar ko'proq yoki kamroq kengaytirilgan bir jinslilik hududiga ega, ya'ni ular o'z-o'zidan eriydi.
9 P diss - muvozanatdagi barcha fazalarning dissotsiatsiyasining berilgan shartlari uchun muvozanat bosimi. Tizimda bitta uchuvchan komponent mavjud bo'lsa P dis - tizimning o'ta uchuvchan komponentining muvozanat dissotsiatsiya bosimi.
stexiometrik tarkibdan ortiq bo'lgan har qanday komponent yoki uchinchi komponent.
Stokiyometrik tarkibdan har qanday og'ish elektr xususiyatlariga ta'sir qiladi (3-bobga qarang). Shuning uchun, kerakli xususiyatlarga ega bo'lgan uchuvchi komponentni o'z ichiga olgan kristallarni takror ishlab chiqarish uchun, shuningdek, berilgan tarkibning birikmalarini takror ishlab chiqarish kerak.
Shu bilan birga, birikma tarkibiy qismlaridan birining o'zgaruvchanligi qaysi komponentning dissotsilanish bosimi yuqori bo'lishiga va shunga mos ravishda boshqa komponentning ortiqcha bo'lishiga qarab vakansiyalar - anion yoki katyonik - hosil bo'lishi sababli stexiometrik tarkibdan chetga chiqishga olib keladi. . Bobda allaqachon muhokama qilinganidek. 3, bir qator birikmalardagi bo'sh ish o'rinlari qabul qiluvchi yoki donor darajasini yaratishi mumkin, bu esa jismoniy xususiyatlarga ta'sir qiladi.
A va B pozitsiyalarida bo'sh joylarning hosil bo'lish energiyasi deyarli hech qachon bir xil emas, shuning uchun anion va katyonik bo'shliqlarning kontsentratsiyasi ham har xil bo'lib, birikmaning bir jinsli hududi stexiometrik tarkibga nisbatan assimetrik bo'lib chiqadi. Shunga mos ravishda, amalda barcha birikmalar uchun maksimal erish harorati stexiometrik tarkibli qotishmaga mos kelmaydi.10
Uchuvchilik tufayli birikma tarkibining o'zgarishini uni eritma yoki eritmadan o'sish haroratidagi dissotsiatsiya bosimiga teng uchuvchi komponentning tashqi bosimida o'stirish orqali oldini olish mumkin. Ushbu shart yordamida tanlanadi P dis - T– X diagrammalar.
Qotishmalardagi juda uchuvchan komponentning dissotsilanish bosimi uning tarkibiga kuchli bog'liq, qoida tariqasida, ushbu komponent kontsentratsiyasining pasayishi bilan kamayadi, masalan, In-As tizimi uchun (arsenikning dissotsilanish bosimi 200 ga kamayadi). 100 dan 20% gacha bo'lgan mishyak konsentratsiyasining pasayishi bilan deyarli to'rtta kattalik tartibi. Natijada, birikmadagi uchuvchi komponentning dissotsilanish bosimi bir xil haroratda sof komponentga nisbatan dissotsilanish bosimidan ancha past bo'ladi.
Ushbu holat ushbu birikmani olish uchun ikki haroratli sxemada qo'llaniladi. Bir o'choqda ikkita harorat zonasi yaratiladi.
10Ammo, bir jinslilikning tor hududiga ega bo'lgan birikmalar, xususan AIII BV va ko'pchilik birikmalar, xususan, bir xillik mintaqasining o'rtacha kengligi bo'lgan AIV BVI uchun mos keladigan erish birikmalari tushunchasi qo'llaniladi, chunki haqiqiy og'ishlar. stokiyometrik birikmaning erish nuqtasidan birikmaning erish nuqtasi ahamiyatsiz.
Guruch. 4.19. P dis - T Bo'lim P dis - T− X Pb–S tizimining holat diagrammalari. 1 -
uch fazali liniya; 2 - PS PbS+S2 ustidan 2 sof oltingugurt; 3 - PS PbS+Pb ustidan 2.
Birida harorat bor T 1 birikmaning kristallanish haroratiga teng. Bu erda eritma bilan konteyner joylashtiriladi. Ikkinchi zonada birikmaning sof uchuvchi komponenti As joylashtiriladi. Harorat T 2 ikkinchi zonada sof shakldagi uchuvchi komponentning dissotsilanish bosimi ushbu komponentning haroratda birikmadagi dissotsilanish bosimiga teng bo'lgan haroratga teng saqlanadi. T 1. Natijada, birinchi zonada uchuvchi komponentning birikma ustidagi bug' bosimi uning birikmadagi qisman dissotsilanish bosimiga teng bo'lib, bu komponentning eritmadan uchib ketishini oldini oladi va birikmaning kristallanishini ta'minlaydi. berilgan kompozitsiya.
Shaklda. 4.19 berilgan P− T Pb–S faza diagrammasining proyeksiyasi.
Qattiq chiziq qattiq, suyuq va gazsimon fazalarning uch fazali muvozanat chizig'ini ko'rsatadi, bu qattiq birikmaning barqarorlik mintaqasini cheklaydi; nuqta chiziq - bir xillik mintaqasidagi izokontsentratsiya chiziqlari. Izokonsentratsiya chiziqlari stexiometriyadan (bir xil kompozitsiyalar) ortiqcha qo'rg'oshin (o'tkazuvchanlik) tomon teng og'ish bilan kompozitsiyalarni ko'rsatadi. n-turi) yoki ortiqcha oltingugurt yo'nalishi bo'yicha (o'tkazuvchanlik p-turi), berilgan harorat va oltingugurt bug 'bosimidagi muvozanat. Chiziq n= p harorat va bosim qiymatlariga mos keladi PS 2, bunda qattiq faza qat'iy stokiometrik tarkibga ega. U uch fazali chiziqni stexiometrik birikmaning erish nuqtasi bo'lgan haroratda kesib o'tadi. yoki ortiqcha oltingugurtga (o'tkazuvchanlik p-turi).
Shakldan ko'rinib turibdiki. 4.19, stexiometrik tarkibli birikmaning erish nuqtasi qo'rg'oshin ko'p bo'lgan qotishma formula tarkibi bilan solishtirganda maksimal erish nuqtasidan past bo'ladi. Kristal tarkibining uchuvchi komponentning qisman bug 'bosimiga keskin bog'liqligini ko'rish mumkin. Yuqori haroratlarda turli xil kompozitsiyalarga mos keladigan barcha egri chiziqlar chiziqqa yaqinlashadi n= p. Haroratning pasayishi bilan turli xil kompozitsiyalarga mos keladigan muvozanat bosimlari orasidagi farq ortadi. Bu kristallanish jarayonida to'g'ridan-to'g'ri yuqori haroratlarda sodir bo'lgan ma'lum tarkibdagi qotishma olish qiyinligini tushuntiradi. Turli xil kompozitsiyalar uchun qisman bosim egri chiziqlari yaqin bo'lganligi sababli, uchuvchi komponentning bug 'bosimidagi kichik tasodifiy og'ishlar qattiq faza tarkibida sezilarli o'zgarishlarga olib kelishi mumkin.
Agar o'sishdan keyin kristall past haroratlarda uzoq muddatli tavlanishga va turli xil kompozitsiyalar uchun izokontsentratsiya chiziqlari keskin farq qiladigan bosimga duchor bo'lsa, kristall tarkibini kerakli qiymatga etkazish mumkin. Bu ko'pincha amalda qo'llaniladi.
) — asosiy holat parametrlari - harorat fazosida termodinamik tizim holatlarining grafik tasviri T, bosim p va tarkibi x.
Tavsif
Fazali diagrammalar ma'lum shartlar va tarkibda ma'lum tizimda qaysi fazalar (ya'ni, tuzilishi va / yoki xususiyatlari jihatidan boshqalardan farq qiladigan bir hil quyi tizimlar) mavjud bo'lishi mumkinligini aniqlashga imkon beradi. Ko'p faza va komponentlardan iborat murakkab tizimlar uchun eksperimental ma'lumotlar va termodinamik simulyatsiya ma'lumotlaridan faza diagrammalarini qurish turli jarayonlardagi xatti-harakatlarni bashorat qilishning eng muhim usuli hisoblanadi. Maydonlarning nisbiy holatini, ularni ajratib turadigan sirtlar va chiziqlarni, shuningdek, ularning tutashuv nuqtalarini tahlil qilish fazaviy muvozanat sharoitlarini, yangi fazalar va kimyoviy birikmalarning paydo bo'lishini aniq va aniq aniqlash imkonini beradi. tizim, suyuq va qattiq eritmalarning hosil bo'lishi va parchalanishi va boshqalar.
Davlat diagrammalari materialshunoslikda, metallurgiyada, neftni qayta ishlashda, kimyo texnologiyasida (xususan, moddalarni ajratish usullarini ishlab chiqishda), elektron asbob-uskunalar va mikroelektronika ishlab chiqarishda va boshqalarda qo'llaniladi. Ularning yordami bilan sanoat sintezi uchun sharoit yaratiladi. moddalar tanlanadi, fazaviy o'tishlar bilan bog'liq jarayonlarning yo'nalishi aniqlanadi va issiqlik bilan ishlov berish rejimlarini tanlash, optimal fazaviy kompozitsiyalarni izlash va boshqalar.
Bir komponentli tizimlarning fazali diagrammalari koordinatalarda tekislikda tasvirlangan p – T. Ular moddaning u yoki bu fazasining (gazsimon, suyuq, turli qattiq modifikatsiyalari) mavjudligiga mos keladigan, fazaviy muvozanat chiziqlari bilan ajratilgan maydonlarni o'z ichiga oladi, ular bo'ylab qo'shni fazalarning birgalikda yashashi mumkin. Fazalar muvozanatining uch xil chizig'i birlashadigan joylar uchta faza birga yashashi mumkin bo'lgan uchlik nuqtalarni hosil qiladi. Bu bir komponentli tizimlarda muvozanatda birga yashashi mumkin bo'lgan maksimal fazalar soni.
Fazalar diagrammasining ma'lum bir nuqtasida mavjud bo'lgan fazalar soni Gibbs faza qoidasi bilan aniqlanadi va shunday bo'ladi n + 2 – f, Qayerda n- tarkibiy qismlar soni, ya'ni tizimdagi miqdori boshqalardan mustaqil ravishda o'zgarishi mumkin bo'lgan moddalar soni, 2 raqami bosim va haroratga mos keladi (shuning uchun, n+ 2 - tizim holatini ko'rsatadigan parametrlar soni va f- erkinlik darajalari soni, ya'ni muvozanat fazasi tarkibini o'zgartirmasdan ma'lum chegaralarda mustaqil ravishda o'zgarishi mumkin bo'lgan umumlashtirilgan kuchlar soni (bosim, harorat, komponentlarning kimyoviy potentsiallari).
Masalan, bitta faza mavjud bo'lgan yagona komponentli fazali diagramma maydonlari ichida bosim va harorat mustaqil ravishda o'zgarishi mumkin va uch nuqta o'zgarmas muvozanat nuqtasi deb ataladi.
Bundan tashqari, bir komponentli tizimning fazaviy diagrammasi metastabil fazalarni, ya'ni muvozanatda bo'lmagan, ammo kinetik barqarorlik tufayli ma'lum bir parametr oralig'ida uzoq vaqt davomida mavjud bo'lishga qodir bo'lgan fazalarni, shuningdek, tanqidiy nuqtani tasvirlashi mumkin. - suyuqlik-gaz muvozanat chizig'idagi nuqta, shundan so'ng bu fazalarning xususiyatlaridagi keskin farq yo'qoladi va fazaviy o'tish tushunchasi o'z ma'nosini yo'qotadi.
Harorat va bosimdan tashqari, tizim holatining boshqa parametrlarini ham hisobga olish mumkin, masalan, magnit maydon kuchi ( H). Keyin faza diagrammasi ko'p o'lchovli bo'ladi va uning turli bo'limlari, masalan, ko'rib chiqiladi H–T, va faza qoidasida 2 raqami umumlashtirilgan kuchlarning (maydonlarning) mos keladigan soniga o'zgaradi.
Ko'p komponentli tizimlarning fazali diagrammalari ham ko'p o'lchovli. Ularning harorat-tarkibi va bosim-tarkibi kabi tekislik kesimlarini o'rganish qulay. Tizimning fazaviy tarkibining faqat uning komponent tarkibiga bog'liqligini tavsiflovchi uch komponentli tizimlar faza diagrammalarining izobarik-izotermik bo'limlari uchun Gibbs uchburchagi deb ataladigan uchburchaklar qo'llaniladi.
Yuqorida muhokama qilingan umumiy qoidalar ko'p komponentli fazali diagrammalarga ham tegishli. Izobarik misol ( T–x) ikki komponentli fazali diagrammaning kesmalari rasmda ko'rsatilgan. Bunday diagrammalarning maydonlari bir yoki ikkita birga mavjud bo'lgan fazalarga mos kelishi mumkin, jumladan komponentlarning erishi, sof komponentlarning qattiq fazalari yoki ularning oraliq tarkibli birikmalari, qattiq eritmalarning fazalari.
Ikki fazaga to'g'ri keladigan maydondagi faza nisbati qo'l qoidasi bilan belgilanadi - u gorizontal masofalarning maydonni cheklaydigan fazaviy muvozanat chiziqlariga nisbatiga teskari proportsionaldir va gorizontalning ushbu chiziqlar bilan kesishish koordinatalari aniqlaydi. birgalikda mavjud bo'lgan fazalarning tarkibiy tarkibi.
Muhim elementlar orasida T–x ikki komponentli diagrammalarning kesmalari, yuqorida faqat suyuqlik fazasi mavjud bo'lgan suyuqlik chizig'ini eslatib o'tish kerak; Solidus chizig'i, uning ostida faqat qattiq faza mavjud, evtektik nuqtalar (kongruent erish nuqtalari), solidus va likvidus uchun umumiy (ikkinchisining uzilishida) va peritektik nuqtalar (mos kelmaydigan erish nuqtalari, ya'ni qisman parchalanish bilan erishi). qattiq faza) suyuq faza va ikkita qattiq faza birga yashashi mumkin bo'lgan likvidus egri chizig'ida, shuningdek, evtektik va peritektik o'zgarishlarning tegishli gorizontal chiziqlari.
Nano o'lchamdagi zarrachalardan tashkil topgan fazalar uchun fizik xususiyatlarning o'lchamga bog'liqligi bo'lishi mumkin, shuning uchun fazalar diagrammasi ba'zan dispersiya shkalasi bilan to'ldiriladi.
Tasvirlar
Mualliflar
- Goldt Ilya Valerievich
- Ioffe Ilya Naftolyevich
Manbalar
- Anosov V. Ya., Pogodin S. A. Fizikaviy va kimyoviy tahlilning asosiy tamoyillari. - M.–L.: SSSR Fanlar akademiyasining nashriyoti, 1947. - 876 p.
- Kimyoviy ensiklopediya. - M.: Sovet Entsiklopediyasi, 1988 yil.
Faza - bu moddaning termodinamik muvozanat holati bo'lib, u bir xil moddaning boshqa mumkin bo'lgan muvozanat holatlaridan fizik xususiyatlari bilan farq qiladi. Moddaning bir fazadan ikkinchi fazaga o'tishi - fazali o'tish har doim organizm xususiyatlarining sifat o'zgarishi bilan bog'liq. Fazali o'tishlarning misoli agregatsiya holatidagi o'zgarishlar bo'lib xizmat qilishi mumkin. Ammo "fazali o'tish" tushunchasi kengroqdir, chunki shuningdek, agregatsiya (polimorfizm) holatini saqlab qolgan holda moddaning bir modifikatsiyadan ikkinchi modifikatsiyaga o'tishini, masalan, olmosning grafitga aylanishini o'z ichiga oladi.
Fazali o'tishning ikki turi mavjud:
1-turdagi fazali o'tish - issiqlikning yutilishi yoki chiqishi, hajmning o'zgarishi va doimiy haroratda davom etishi bilan birga keladi. Misollar: erish, kristallanish, bug'lanish, sublimatsiya (sublimatsiya) va boshqalar.
2-toifa fazali o'tishlar - issiqlikni chiqarmasdan yoki yutmasdan, hajm qiymatini saqlab, lekin issiqlik sig'imi keskin o'zgarishi bilan davom eting. Misollar: ferromagnit minerallarning ma'lum bosim va haroratlarda paramagnit holatga o'tishi (temir, nikel); 0 0 K ga yaqin haroratda ba'zi metallar va qotishmalarning o'ta o'tkazuvchanlik holatiga o'tishi (r = 0 Ohm∙m) va boshqalar.
Kimyoviy bir hil modda uchun faza tushunchasi agregat holat tushunchasi bilan mos keladi. Keling, aniqlik uchun holat diagrammasidan foydalanib, bunday tizim uchun fazaviy o'zgarishlarni ko'rib chiqaylik. Unda p va T koordinatalarida fazaviy o'tish harorati va bosim o'rtasidagi bog'liqlik o'rnatiladi. Bug'lanish (EW), erish (M) va sublimatsiya (OS) egri chiziqlari ko'rinishidagi bu bog'liqliklar fazalar diagrammasini tashkil qiladi.
Egri chiziqlarning kesishish nuqtasi O, moddaning barcha uchta agregat holati termodinamik muvozanatda bo'lgan sharoitlarni (T va p qiymatlari) aniqlaydi.
Shuning uchun u uch nuqta deb ataladi. Masalan, suvning uchlik nuqtasi Selsiy bo'yicha harorat shkalasining mos yozuvlar nuqtalaridan biri (0 0 C). Klauzius-Klapeyron tenglamasidan kelib chiqqan holda, qattiq suyuqlik o'tish (OP egri) uchun T = f (p) bog'liqligining tabiati boshqacha bo'lishi mumkin: bu bog'liqlikning borishi rasmda ko'rsatilgan. 2a. Suyuq fazaga o'tishda hajmni kamaytiradigan moddalar uchun qaramlik shaklda ko'rsatilgan shaklga ega. 2b.
Bug'lanish egri chizig'i kritik nuqta bilan tugaydi - TO. Diagrammadan ko'rinib turibdiki, bug'lanish egri chizig'ini kesib o'tmasdan suyuqlikning gazsimon fazaga uzluksiz o'tish imkoniyati mavjud, ya'ni. bunday o'tishga xos bo'lgan fazali o'zgarishlarsiz.
P tr.tchk dan kamroq bosimda. , modda faqat ikki fazada mavjud bo'lishi mumkin: qattiq va gazsimon. Bundan tashqari, T tr.tchk dan past haroratlarda. , suyuq fazani chetlab o'tib, qattiq holatdan gazga o'tish mumkin. Bu jarayon sublimatsiya yoki sublimatsiya deb ataladi. Sublimatsiyaning o'ziga xos issiqligi
t sub \u003d l pl + r foydalaning
QATTIQ JANLAR.
Qattiq moddaning agregatsiya holati bo'lib, u molekulalararo o'zaro ta'sirning muhim kuchlarining mavjudligi, shakli va hajmining barqarorligi bilan tavsiflanadi. Qattiq jismning zarrachalarining issiqlik harakati - bu muvozanat pozitsiyalari atrofidagi kichik amplitudali tebranishlar. Qattiq jismlarning kristall va amorf tuzilmalari mavjud.
Kristallarning mikrostrukturasining xarakterli xususiyati ularning ichki elektr maydonlarining fazoviy davriyligi va kristall hosil qiluvchi zarralar - atomlar, ionlar va molekulalarning joylashishidagi takrorlanishdir (uzoq masofali tartib). Zarrachalar to'g'ri chiziqlar bo'ylab ma'lum tartibda almashinadi, ular tugun deb ataladi. Kristalning har qanday tekis kesimida bunday chiziqlarning kesishgan ikkita tizimi mutlaqo bir xil parallelogrammalar to'plamini hosil qiladi, ular kesma tekisligini mahkam, bo'shliqlarsiz qoplaydi. Kosmosda bunday chiziqlarning uchta tekis bo'lmagan tizimining kesishishi kristallni butunlay bir xil parallelepipedlar to'plamiga bo'luvchi fazoviy panjara hosil qiladi. Kristal panjara hosil qiluvchi chiziqlarning kesishish nuqtalari tugunlar deyiladi. Ba'zi bir yo'nalish bo'ylab tugunlar orasidagi masofalar tarjimalar yoki panjara davrlari deb ataladi. Uchta koplanar bo'lmagan tarjimalar asosida qurilgan parallelepiped elementar hujayra yoki panjara takrorlanadigan parallelepiped deb ataladi. Kristall panjaralarning eng muhim geometrik xususiyati zarrachalarning ma'lum yo'nalish va tekisliklarga nisbatan joylashishidagi simmetriyadir. Shu sababli, birlik hujayrani tanlashning bir necha usullari mavjud bo'lsa-da, ma'lum bir kristall struktura uchun uni panjara simmetriyasiga mos keladigan tarzda tanlang.
Kristallar ikkita belgiga ko'ra tasniflanadi: a) kristallografik - kristall panjaraning geometriyasiga ko'ra va b) fizik - kristall panjara tugunlarida joylashgan zarrachalarning o'zaro ta'siri va tabiatiga ko'ra.
Kristal panjaralar va ularning elementar hujayralarining geometriyasi ushbu panjarani qurishda ishlatiladigan simmetriya elementlarining soni bilan belgilanadi. Simmetriyaning mumkin bo'lgan turlari soni cheklangan. Rossiyalik kristallograf E.S. Fedorov (1853 - 1919) simmetriya elementlarining atigi 230 ta mumkin kombinatsiyasi mavjudligini ko'rsatdi, ular parallel tarjima, aks ettirish va aylantirish orqali zichlikni ta'minlaydi, ya'ni. kosmosda elementar hujayralarni qadoqlash bo'shliqlari va bo'shliqlarsiz. Bravais faqat 14 turdagi panjara mavjudligini ko'rsatdi, ular translyatsion simmetriya shaklida farqlanadi. Primitiv (oddiy), tayanch-markazli, hajm-markazli va yuz-markazli Bravais panjaralari mavjud. Hujayra shakliga ko'ra, uning yuzlari orasidagi burchaklar a, b va g va qovurg'alar uzunligi orasidagi nisbatga qarab. a, b Va Bilan bu 14 turdagi panjaralar ettita kristall tizimni (sigoniyalarni) hosil qiladi: kubik, olti burchakli, tetragonal, trigonal yoki rombedral, rombik, monoklinik va trigonal.
Kristal panjara tugunlarida joylashgan zarrachalarning oʻzaro taʼsiri tabiati va tabiatiga koʻra kristallar toʻrt turga boʻlinadi: ion, atom, metall va molekulyar.
Ionik - kristall panjaraning tugunlarida qarama-qarshi belgilarning ionlari mavjud; o'zaro ta'sir elektrostatik tortishish kuchlari (ion yoki geteropolyar bog'lanish) tufayli yuzaga keladi.
Atom - neytral atomlar kristall panjaraning tugunlarida joylashgan bo'lib, tugunlarda gomeopolar yoki kovalent aloqalar bilan tutiladi.
Metall - musbat metall ionlari kristall panjaraning tugunlarida joylashgan; erkin elektronlar ionlarning bog'lanishini ta'minlaydigan elektron gaz deb ataladigan narsani hosil qiladi.
Molekulyar - neytral molekulalar kristall panjaraning tugunlarida joylashgan bo'lib, ular orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari atom elektron bulutining ozgina siljishi (qutblanish yoki van der-Vaals kuchlari) bilan bog'liq.
Kristal jismlarni ikki guruhga bo'lish mumkin: monokristallar va polikristallar. Yagona kristallar uchun butun tananing hajmida bitta kristalli panjara kuzatiladi. Va bir xil turdagi monokristallarning tashqi shakli har xil bo'lishi mumkin bo'lsa-da, mos keladigan yuzlar orasidagi burchaklar har doim bir xil bo'ladi. Yagona kristallarning xarakterli xususiyati mexanik, issiqlik, elektr, optik va boshqa xususiyatlarning anizotropiyasidir.
Yagona kristallar ko'pincha tabiatda tabiiy holatda bo'ladi. Masalan, minerallarning aksariyati kristall, zumrad, yoqut. Hozirgi vaqtda sanoat maqsadlarida ko'plab monokristallar sun'iy ravishda eritmalar va eritmalardan - yoqut, germaniy, kremniy, gallium arsenidlari o'stiriladi.
Bitta va bir xil kimyoviy element geometriyada farq qiladigan bir nechta kristall tuzilmalarni hosil qilishi mumkin. Bu hodisa polimorfizm deb ataladi. Masalan, uglerod grafit va olmosdir; muz besh modifikatsiyalari va boshqalar.
Xususiyatlarning to'g'ri tashqi tomoni va anizotropiyasi, qoida tariqasida, kristall jismlar uchun ko'rinmaydi. Buning sababi shundaki, kristalli qattiq moddalar odatda tasodifiy yo'naltirilgan ko'plab kichik kristallardan iborat. Bunday qattiq moddalar polikristal deb ataladi. Bu kristallanish mexanizmi bilan bog'liq: bu jarayon uchun zarur shart-sharoitlarga erishilganda, kristallanish markazlari bir vaqtning o'zida boshlang'ich fazaning ko'p joylarida paydo bo'ladi. Yadrolangan kristallar bir-biriga nisbatan butunlay tasodifiy tarzda joylashgan va yo'naltirilgan. Shu sababli, jarayon oxirida biz o'zaro o'sgan mayda kristallar - kristallitlar konglomerati shaklida qattiq tanani olamiz.
KRISTALLARDAGI NAMUZLAR.
Haqiqiy kristallar ideal tuzilishning bir qator buzilishlariga ega, ular kristal nuqsonlari deb ataladi:
a) nuqta nuqsonlari
Schottky nuqsonlari (zarrachalar bilan band bo'lmagan tugunlar);
Frenkel nuqsonlari (zarrachalarning tugunlardan interstitsiallarga siljishi);
aralashmalar (implantatsiya qilingan begona atomlar);
b) chiziqli - alohida atom tekisliklarining to'liq bo'lmaganligi yoki ularni qurish ketma-ketligi tufayli zarrachalarning joylashishining qonuniyligidagi dislokatsiyalar, chekka va vintli mahalliy buzilishlar;
v) planar - ko'zgular orasidagi chegaralar, chiziqli dislokatsiyalar qatorlari.
Amorf qattiq jismlar.
Amorf qattiq moddalar o'zlarining ko'pgina xususiyatlarida va asosan mikroyapıda juda yuqori yopishqoqlik koeffitsientiga ega bo'lgan yuqori darajada sovutilgan suyuqliklar sifatida qaralishi kerak. Energetik nuqtai nazardan, kristall va amorf qattiq jismlar o'rtasidagi farq qotib qolish va erish jarayonida aniq ko'rinadi. Kristal jismlar erish nuqtasiga ega - moddaning ikki fazada - qattiq va suyuq holatda barqaror mavjud bo'lgan harorati (1-rasm). Qattiq molekulaning suyuqlikka o'tishi uning qo'shimcha uch darajali translatsiya harakati erkinligiga ega bo'lishini anglatadi. Bu. T pl da moddaning birlik massasi. suyuq fazada qattiq fazadagi bir xil massaga qaraganda katta ichki energiyaga ega. Bundan tashqari, zarralar orasidagi masofa o'zgaradi. Shuning uchun, umuman olganda, kristallning birlik massasini suyuqlikka aylantirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori:
l \u003d (U W -U k) + P (V W -V k),
bu yerda l - erishning solishtirma issiqligi (kristallanish), (U f -U k) suyuq va kristall fazalarning ichki energiyalari farqi, P - tashqi bosim, (V f -V k) aniq hajmlar. Klayperon-Klauzius tenglamasiga ko'ra erish nuqtasi bosimga bog'liq:
.
Ko'rinib turibdiki, agar (V W -V k)> 0 bo'lsa, u holda 
> 0, ya'ni. ortib borayotgan bosim bilan erish nuqtasi ko'tariladi. Erish jarayonida moddaning hajmi kamaysa (V W -V k)<
0 (вода, висмут), то рост давления приводит
к понижению Т пл.
Amorf jismlarda erish issiqligi yo'q. Isitish issiqlik harakati tezligining asta-sekin o'sishiga va viskozitenin pasayishiga olib keladi. Jarayon grafigida burilish nuqtasi mavjud bo'lib, u shartli ravishda yumshatilish nuqtasi deb ataladi.
