thumb|280px|Rys. 1. Wykres równowagi fazowej w układzie Fe–Fe3CEutektyka: 4,3% C (ledeburyt)Temperatura przemiany eutektycznej: 1148 °C Eutektyka (eutektyk, mieszanina eutektyczna) – mieszanina dwóch lub więcej faz o określonym składzie, która wydziela się z roztworów ciekłych w pewnej temperaturze, zwanej temperaturą eutektyczną. Mieszanina ta jest produktem przemiany eutektycznej. Nazwa wywodzi się z greckiego słowa eutektos, co znaczy „łatwo topliwy”.

Ogólne informacje W większości przypadków temperatura eutektyczna jest niższa od temperatury krzepnięcia czystych składników. Wykorzystuje się to przy topieniu i przerabianiu materiałów trudno topliwych, na przykład mechaniczne złączenie materiałów doprowadza do dyfuzyjnego utworzenia eutektyki. Kryształy eutektyki są czystymi kryształami składników lub roztworami stałymi o różnych składach. Eutektyki są stałymi odpowiednikami mieszanin azeotropowychpotrzebne źródło.

Dużo uwagi poświęcono badaniom stopów eutektycznych – liczne po zakrzepnięciu w odpowiednich warunkach tworzą regularną drobnodyspersyjną strukturę, w której jedna z faz występuje w postaci płytek lub włókien. Eutektykę można uznać za kompozyt in situ, jeżeli wystąpi szczególne przestrzenne rozmieszczenie faz o różnych właściwościach. Stopy eutektyczne charakteryzują się niskimi temperaturami topnienia i dobrymi własnościami lejnymi.

Na rysunku 1 przedstawiono wykres fazowy z modelowym przykładem eutektyki stopów Fe–C, zwanej ledeburytem.

Rodzaje eutektyk thumb|250px|Rys. 2. Schemat podstawowych typów eutektyk:A – eutektyka płytkowaB – eutektyka prętowaC – eutektyka globularnaD – eutektyka iglasta W zależności od kształtu i rozmieszczenia dwu faz stałych tworzących eutektykę rozróżnia się mieszaniny: globularne (o kulistym ziarnie), iglaste, płytkowe, prętowe (słupkowe).

Na rysunku 2 przedstawione są graficznie różne typy eutektyk.

Ocena morfologii eutektyk jest sprawą umowną. W zależności od wybranej techniki obserwacyjnej dla tego samego zgładu można określić różne typy eutektyki. Nie do końca również poznane są przyczyny powstawania konkretnego typu mieszaniny.

Z punktu widzenia osiągnięcia minimum swobodnej energii powierzchniowej najkorzystniejszą jest eutektyka globularna. W rzeczywistości liczne, rozproszone cząstki fazy globularnej muszą wielokrotnie zarodkować, co wymaga znacznego przechłodzenia.

Eutektyki prętowe i płytkowe mogą wzrastać przy niskich wartościach przechłodzenia. Ich powierzchnia międzyfazowa jest dużo większa od eutektyk globularnych i iglastych, toteż pojawia się większy czynnik energetyczny hamujący krystalizację.

Jeżeli jedna z faz w eutektyce charakteryzuje się znaczną anizotropią prędkości wzrostu, to rośnie w określonym kierunku krystalograficznym znacznie szybciej od osnowy i zarodkuje wielokrotnie. Taki mechanizm wzrostu promuje powstanie eutektyki iglastej.

Ogólnie na morfologię eutektyk mają wpływ poniższe czynniki: wielkość przechłodzenia proporcje ilościowe faz anizotropia własności faz objętość właściwa współczynnik rozdziału przewodność cieplna faz.

Krzepnięcie eutektyk Wzrost kryształów w eutektykach jest zasadniczo podobny do wzrostu w stopach jednofazowych. Sterowanie gradientem temperatury i prędkością wzrostu pozwala zachować płaski front krystalizacji, a fluktuacje prędkości wzrostu prowadzą do zmian składu i struktury na kierunku tegoż wzrostu. Podczas takiego krzepnięcia domieszka jest wypychana do cieczy i dyfunduje zarówno w kierunku wzrostu, jak i w kierunku do niego poprzecznym.

Krzepnięcie eutektyk płytkowych i prętowych Krzepnięcie cieczy o składzie eutektycznym rozpoczyna się heterogenicznym zarodkowaniem jednej z faz, na przykład (bogata w składnik A). Powoduje to jednoczesne wzbogacanie się w składnik B cieczy przed frontem przemiany. W przechłodzonych obszarach cieczy na fazie zarodkuje faza Tworzenie się fazy powoduje z kolei wzbogacanie cieczy w składnik A, co sprzyja dalszemu wzrostowi kolejnych kryształów fazy wzdłuż wydzieleń fazy Taka mieszanina eutektyczna składa się z ułożonych na przemian płytek lub prętów faz i Gdy udział objętościowy fazy jest większy od eutektyka ma zwykle budowę płytkową. W przeciwnym przypadku tworzą się prętowe wydzielenia fazy w osnowie fazy

Krzepnięcie cieczy o składzie eutektycznym może również polegać na ciągłym heterogenicznym zarodkowaniu i wzroście obu faz. Jedna faza (np. ) zarodkuje, powodując wzbogacenie cieczy w składnik B i sprzyjając zarodkowaniu fazy w sąsiedztwie. Faza zarodkuje zupełnie niezależnie, nie wykazując uprzywilejowanej orientacji krystalograficznej w stosunku do istniejącej w innym miejscu fazy .

Krzepnięcie eutektyk globularnych i iglastych Krystalizacja eutektyk może być zapoczątkowana stałym heterogenicznym zarodkowaniem jednej z faz w cieczy przed frontem krystalizacji. Osnowa krystalizuje niezależnie z cieczy, w której istnieją już wydzielenia drugiej fazy. Mają one w stosunku do osnowy przypadkową orientację krystalograficzną. Eutektykę globularną uzyskuje się w wyniku wzrostu izotropowego, a eutektykę iglastą w wyniku anizotropowego wzrostu wydzieleń.

Prędkość wzrostu eutektyk płytkowych Problematyka Problematyka wzrostu eutektyk płytkowych wymaga rozwiązania dwu zagadnień: wpływ energii powierzchni międzyfazowej na temperaturę eutektyczną rola strumieni dyfuzyjnych towarzyszących równoczesnemu wzrostowi faz.

gdzie: – zmiana swobodnej energii objętościowej w przypadku skończonych odległości międzypłytkowych [J/m³], – zmiana swobodnej energii objętościowej w przypadku nieskończenie dużych odległości międzypłytkowych [J/m³], – energia powierzchni międzyfazowej [J/m²], – objętość jednostkowa eutektyki [m³], – powierzchnia międzyfazowa [m²], – odległość pomiędzy środkami płytek eutektyki [m], – powierzchnia międzyfazowa przypadająca na jednostkę objętości eutektyki [1/m].

Rozwiązanie Uzyskanie eutektyki o skończonych odległościach międzypłytkowych wymaga obniżenia temperatury poniżej temperatury eutektycznej. Krzepnięcie nie może się odbywać przy temperaturze eutektycznej, ponieważ powodowałoby to powstawanie eutektyki o nieskończenie dużych odległości międzypłytkowych.

Clarence Zener rozwiązał problem wpływu parametrów procesu na wielkość odległości międzypłytkowych przez założenie, że realizowane w danych warunkach odległości międzypłytkowe to takie, które maksymalizują prędkość wzrostu. Opisuje to poniższa relacja:

gdzie: – prędkość wzrostu fazy [m/s], – współczynnik dyfuzji z cieczy do płytki fazy [m²/s], – maksymalna różnica stężeń w fazie ciekłej przed frontem rosnących płytek [%], – stała proporcjonalności, – krytyczna odległość międzypłytkowa [m], – ilość składnika B wypchniętego do cieczy [%].

Krytyczna odległość międzypłytkowa dana jest wzorem:

Czynniki wpływające na prędkość wzrostu płytek Jeżeli prędkość wzrostu nagle zwiększy się, odległości międzypłytkowe będą zbyt duże w porównaniu ze średnimi drogami dyfuzji domieszki. Nadmiar substancji gromadzi się przed frontem krystalizacji szerszej płytki lub obiema, obniżając temperaturę procesu.

Prędkość wzrostu płytek silnie zależy od wielkości przechłodzenia :

Przykłady nadprzewodniki materiały odporne na pełzanie skomplikowane odlewane elementy maszyn i konstrukcji stopy odlewnicze na bazie aluminium, krzemu oraz żeliwa stopy do lutowania miękkiego na bazie cyny, ołowiu, srebra i złota stopy do lutowania twardego, gdy z powodu destrukcyjnego wpływu dyfuzji niemożliwe jest uzyskanie innego typu połączenia stopy dla systemów przeciwpożarowych (np. stop Wooda, stop Fielda) nietoksyczne zamienniki rtęci (np. galinstan) stopy na bazie sodu i potasu (NaK) używane jako chłodziwo w reaktorach na prędkich neutronach stopy Cd–Pb, Bi–Cd i Bi–Zn wykazujące silną anizotropię właściwości elektrycznych, w szczególności oporności.

Zobacz też eutektoid perytektoid perytektyka punkt eutektyczny stop Lichtenberga stop Newtona stop Rosego

Przypisy

Kategoria:Przemiany fazowe Kategoria:Metaloznawstwo Kategoria:Mieszaniny