Фаза (металознавство)

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Фаза.

Фаза — у металознавстві фізично і хімічно однорідна частина системи (металу або сплаву), що має однаковий склад, будову, єдиний агрегатний стан і відокремлена від решти частин системи поверхнею поділу.

Наприклад, рідкий метал — це однофазна система, а суміш двох видів різних за складом і будовою металів, розмежованих поверхнею поділу або одночасна присутність сплаву у рідкому стані і кристалів утворює двофазну систему.

У сплавах можуть утворюватись наступні фази:

Графічне зображення ліній співіснування фаз у залежності від термодинамічних параметрів носить назву «фазова діаграма».

Рідкий розчин ред.

Рідкі розчини — цілком однорідні суміші з двох (або кількох) речовин, в яких молекули одної речовини рівномірно розподілені між молекулами другої речовини.

Докладніше: Розчин

Твердий розчин ред.

Твердими розчинами називають фази, у яких один із компонентів сплаву зберігає свою кристалічну решітку, а атоми іншого компонента розміщаються в кристалічній решітці першого компонента (розчинника), змінюючи її розміри.

Залежно від кристалічної будови розрізняють:

Докладніше: Твердий розчин

Хімічна сполука ред.

Характерними особливостями хімічних сполук утворених за законом нормальної валентності, що різнить від твердих розчинів є:

кристалічна решітка сполуки відрізняється від кристалічних ґраток компонентів;
у сполуці завжди зберігається кратне масове співвідношення компонентів, що дозволяє виразити її простою формулою виду A_nB_m;
властивості сполуки різко відрізняються від властивостей компонентів, що її утворили.
температура плавлення стала.

На відміну від твердих розчинів хімічні сполуки утворюються при суттєвій різниці у атомній та кристалічні будові компонентів.

Хімічні сполуки металів мають назву інтерметаліди (інтерметалічні сполуки)

Докладніше: Інтерметаліди

Проміжні сполуки ред.

Значна кількість сполук , що утворюється в сплавах металів не підпорядковується законам валентності і не має сталого співвідношення компонентів. Найважливіші проміжні сполуки, що утворюються у сплавах наступні:

фази вкорінення;
електронні сполуки;
гетерогенні структури.

Фази вкорінення ред.

Перехідні метали Fe, Mn, Cr, Mo та ін. утворюють з елементами з малими атомними радіусами вуглецем, азотом, бором і воднем такі сполуки як карбіди, нітриди, бориди і гідриди. Вони мають багато спільного у будові і властивостях, їх часто називають фазами вкорінення.

Фази вкорінення мають формулу: M₄X (Fe₄N, Mn₄N та ін.), M₂X (Fe₂N, W₂C, Mo₂C та ін.), MX (VC, TiN та ін.). Фази вкорінення є фазами змінного складу, і мають високу твердість.

Згадані вище тверді розчини вкорінення утворюються при значно менших концентраціях другого компонента (C, N, H) і мають решітку метала розчинника, тоді як фази вкорінення мають іншу решітку. Кристалічна структура фаз вкорінення визначається співвідношенням атомних радіусів неметалу (R_x) і металу (R_м). Якщо R_x/R_м<0,59, то атоми металу у цих фазах розміщені по типу однієї з простих кристалічних ґраток (кубічної чи гексагональної), у яку вкорінюються атоми неметалу, займаючи у ній певні місця. Якщо умова R_x/R_м<0,59 не виконується, як це спостерігається у карбідів заліза, марганцю, хрому то утворюються складніші решітки і такі сполуки уже не відносяться до фаз вкорінення.

Електронні сполуки ред.

Електронні сполуки утворюються між одновалентними елементами (Cu, Ag, Au, Li, Na) або металами перехідних груп (Fe, Mn, Co та ін.) і простими металами з валентністю від 2 до 5 (Be, Mg, Zn, Cd, Al та ін.).

Електронні сполуки мають кристалічну решітку, яка відрізняється від кристалічних ґраток їх компонентів і утворюють сплави у широкому інтервалі концентрацій.

Такі сполуки мають певну електронну концентрацію (певне відношення числа валентних електронів до числа атомів) :

для сполук з електронною концентрацією 3/2 (1,5) характерна об'ємоцентрована кристалічна решітка і називають її β-сполука (CuBe, Cu₃Al, FeAl та ін.);
для сполук з відношенням 21/13 (1,62) характерна складна кубічна решітка і позначаються як γ-сполуки (Cu₅Zn₈, Fe₅Zn₂₁ та ін.)
для сполук з електронною концентрацією 7/4 (1,75) характерна щільноупакована гексагональна решітка і позначається як ε-фаза (Cu₃Si, Cu₃Sn та ін.).

Гетерогенні структури ред.

При кристалізації багатьох сплавів ( у т.ч. і Fe-C) утворюються структури, що складаються із декількох фаз, що утворюють цю гетерогенну структуру, яку виявляють мікроаналізом.

Див. також ред.

Джерела ред.

Лахтин Ю. М. Основы металловедения М.: Металлургия, 1988. 320 с. ISBN 5-229-00085-6
Сич А. М., Нагорний П. Г. Основи матеріалознавства:Навчальний посібник. - К. Видавничо-поліграфічний центр "Київський університет", 2003.
Вест А. Химия твердого тела. - М.:Мир, 1988. - Ч. 1,2