Общие положения о способах получения конденсированных систем, страница 14

Выбор метода разделения смеси при кристаллизации из растворов зависит от физико-химических свойств смесей. Если система не образует твердых растворов, то в твердую фазу можно выделить в основном только одно вещество, используя для этого различную зависимость растворимости веществ от температуры (например, при промышленном получении KCl и NaCl из сильвинита). Для разделения систем, образующих твердые растворы, при кристаллизации которых выделяется не один, а оба растворенных компонента, применяются методы многократной перекристаллизации. Например, исходный раствор разделяется на две фракции – кристаллы и маточный раствор, каждая фракция делится затем на две новые (вторая ступень кристаллизации) и т.п. Недостаток метода – малая эффективность из-за большого числа операций. Метод применяется, например, для разделения редкоземельных элементов, отделения Zr от Hf. Представляет интерес схема последовательной противоточной перекристаллизации твердой фазы с возвратом в цикл маточных растворов, что обеспечивает высокий выход продуктов; затруднение связаны с отделением кристаллов от маточного раствора и их транспортировка в соседние ступени.

1.3 Аморфизация

1.3.1 Общие положения

Вещество может затвердевать в аморфно-стеклообразной форме, а не в кристаллической, если создать определенные условия. Аморфные тела можно рассматривать, как жидкости с предельно высоким коэффициентом вязкости. У аморфных тел можно наблюдать слабовыраженное свойство текучести (твердый воск, при комнатной температуре, может постепенно принимать форму поверхности, на которой он расположен).

Таким образом, отличия аморфных тел от кристаллических заключаются в том, что в аморфных телах существует лишь ближний порядок в расположении атомов, и при нагревании аморфное тело постепенно размягчается, меняет свою форму, а у кристаллических металлов это явление гораздо менее выражено.

Аморфизация происходит при переохлаждении жидкости. С энергетической стороны имеет принципиальное отличие между кристаллами и аморфными телами заключается в том, что процесс плавления и затвердевания кристаллических тел сопровождается определенным тепловым эффектом, а у аморфных тел такого эффекта нет. У аморфных тел отсутствует анизотропия.

Не кристаллизующаяся твердая фаза соответствует предельному состоянию метастабильного твердого тела и может быть получена несколькими путями:

1.  Затвердевание из жидкой или газовой фазы.

2.  Химическое осаждение из раствора или электролита.

3.  Облучение кристаллического материала высокоэнергетическими ионами или нейтронами и т.п.

Аморфизация расплава требует, чтобы он был охлажден с достаточно большой скоростью, для того, чтобы предотвратить процесс образования кристаллов. В результате этого разупорядоченная конфигурация атомов замораживается.

К аморфизации относятся процессы стеклования. Стеклование легко реализуется в не металлических материалах, таких как силикаты и органические полимеры. Расплав таких веществ переходит в стекло при сравнительно небольших скоростях охлаждения  <102 K/сек. Металлические расплавы менее склонны к аморфизации (необходимая скорость >105 K/сек).

Толщина изделий аморфных кристаллических сплавов невелика, порядка 100 мкм. Способы получения аморфных сплавов разнообразны:

1.  Метод распыления и испарения.

2.  Химическое осаждение и электроосаждение.

3.  Ионная имплантация.

4.  Охлаждение путем расплескивания и осаждения капель расплава.

5.  Производство порошка.

6.  Производство проволоки, ленты, полосы.

7.  Спиннингование расплава.

8.  Поверхностное плавление с помощью электронного луча и лазера.

При расплавлении металла или сплава расположение атомов в виде трехмерной решетки и дальний порядок разрушается. Для металлического расплава характерна высокая текучесть, при этом отсутствует металлическая связь. В то время как расплавленные силикаты и другие подобные им вещества имеют ковалентный характер межатомного взаимодействия и отличаются низкой текучестью и высокой вязкостью.