KRISTALIZACIJA

 Proces urejanja atomov pri prehodu iz tekočega v trdno stanje se imenuje kristalizacija.

Kristalizacija se lahko izvrši tudi pri prehodu materialov iz plinastega v trdno stanje. V nekaterih primerih je ta proces možen tudi v trdnem stanju.

Pri prehodu materialov iz tekočega (neurejenega) v trdno (urejeno) stanje mora oddati en del svoje notranje energije. Oddana energija povzroča, da je temperatura taline med urejanjem približno enaka. Potek kristalizacije pri ohlajanju je najbolj razviden iz ohlajevalnih krivulj.

Kristalizacija se začne takoj, ko temperatura taline doseže temperaturo strjevanja. V tem trenutku (tz) se večje število atomov čiste kovine ali tujkov medsebojno začne vezati v skupine, ki se imenujejo zarodki ali kristalne kali. Nastalih kali je tem več, čim večja je podhladitev in nečistost materiala. Kristalizacija se izvrši v časovnem intervalu tz do tk. Urejanje poteka tako, da se atomi postavljajo v točno določenih smereh in legah, odvisno od atomske zgradbe materiala.

Phlajevalna krivulja kovin

Hitrost kristalizacije je odvisna od samega materiala in podhladitve. Pri kovinah so te hitrosti zelo velike (več km/s), zato se kristalizacija izvrši v nekaj tisočinkah sekunde.

Zaradi poljubnih leg kristalnih kali in različnih začetnih smeri kristalizacije se pri koncu kristalizacije pojavijo velike nepravilnosti. Določena mesta bodo ostala nezasedena, nekatere smeri kristalizacije se deformirajo. Ti neurejeni vmesni prostori, v katerih se strnejo posamezne “fronte” kristalizacije, se imenujejo kristalne meje. Njihova širina je nekaj atomskih premerov. Prostor, ki je nastal s kristalizacijo iz ene kristalne kali, se imenuje kristalno zrno.

Pojmi bodo lažje razumljivi po naslednji primerjavi. V danem prostoru, iz poljubnih izhodišč, v poljubnih smereh, začne več delavcev zlagati enako velike zidake. Verjetnost, da se njihovo zidanje na stičnih površinah konča brez napak, je zelo majhna. To bi se zgodilo le v primeru, če bi na začetku delavci začeli zidati iz točno določenih izhodišč in v popolnoma enakih smereh. Prostor, ki ga je sezidal en delavec, predstavlja eno kristalno zrno.

Nepravilni vmesni prostori pa ponazarjajo kristalne meje.

Napake v urejanju so prisotne tudi znotraj kristalnih zrn. Njihovo število je pri navadnih materialih zelo veliko (1020 ali več na 1 mm3). Te napake imajo različne oblike in se imenujejo dislokacije.

Dislokacije ovirajo drsenje po kristalnih ravninah, ki se pojavljajo pri plastični deformaciji materialov. Njihovo število se poveča pri legiranju in po hladni deformaciji materialov, le to povzroča večjo trdnost in trdoto materialov. Število napak se bistveno zmanjša po rekristalizacijskem žarenju.