Language
Country/Area
No result found
очему явление «сегрегации» в материалах настолько загадочно и может влиять на свойства материалов
В материаловедении явление сегрегации до сих пор оставляет много вопросов без ответа для ученых и инженеров. Даже обогащение атомов, ионов и молекул в микроскопических масштабах в материальных системах оказывает влияние на свойства материалов, что обусловливает необходимость их углубленного изучения.
Что такое сегрегация?
Сегрегация относится к обогащению атомов, ионов или молекул в микроскопических областях материальной системы. В некоторых случаях этот термин является синонимом адсорбции, но обычно он используется для описания распределения молекулярных компонентов в твердых растворах по дефектам. Это явление отличается от других материальных явлений, таких как разделение частиц или разделение фаз, при которых молекулы разделяются на макроскопические области различного состава.
Явления сегрегации могут влиять на весь процесс обработки материала, от его микроструктуры до конечных характеристик.
Историческая подоплека сегрегации
Историю сегрегации можно проследить до середины 20 века. Равновесная сегрегация тесно связана с дефектами решетки, которые позволяют атомам растворенного вещества собираться на границах раздела или поверхностях, снижая общую свободную энергию. Первым ученым, предсказавшим это явление, был Маклин, предложивший объяснение в 1957 году.
Напротив, неравновесная сегрегация, концепция, предложенная Уэстбруком в 1964 году, связана со связыванием растворенных веществ с вакансиями во время так называемого процесса «отжига» или процесса приложения напряжения и демонстрирует различные термодинамические свойства. В неравновесном состоянии с ростом температуры степень сегрегации также будет увеличиваться, что является полной противоположностью равновесному состоянию. Важность сегрегации
Когда растворенные вещества накапливаются на поверхностях и границах зерен твердого тела, они создают участки материала с различным составом, что может повлиять на общие свойства материала. Другими словами, эти «области» более высокой концентрации подобны цементу здания: общая структура здания зависит не только от материала кирпичей, но и от свойств этого цемента.
Например, сегрегация границ зерен может привести к разрушению границ зерен из-за хрупкости, что является серьезной проблемой во многих инженерных приложениях.
Как сегрегация материалов влияет на производительность
Во многих случаях сегрегация оказывает существенное влияние на свойства материалов, особенно применительно к промышленным материалам, таким как конструкционные стали, где она может привести к таким явлениям, как усталость, вызванная воздействием окружающей среды, или водородное охрупчивание. Более того, по мере увеличения темпов переработки материалов мы также можем столкнуться с проблемами нарушения границ раздела, которых раньше не наблюдалось.
Понимание механизма сегрегации
Чтобы еще больше контролировать эффекты сегрегации, ученые в настоящее время разрабатывают возможности моделирования и экспериментальные методы, чтобы объяснить работу этих механизмов сегрегации во все более сложных системах. Это не только поможет в проектировании будущих материалов, но и позволит прогнозировать их эксплуатационные характеристики в различных промышленных применениях.
Несколько теорий дают описание поведения сегрегации, например, теория Ленгмюра–Маклина, теория БЭТ и т. д., в которых решающее значение приобретает модель распределения атомов растворенного вещества.
Размышления о будущем материаловедения
Хотя сложность явления сегрегации означает, что многие проблемы остаются нерешенными, с развитием технологий в будущем нам необходимо продолжать инвестировать в изучение этого явления. Понимание того, как контролировать эти явления сегрегации, особенно при разработке новых материалов, может стать ключом к нашему прогрессу. По мере развития технологий и изменения потребностей промышленности возникает главный вопрос: можем ли мы эффективно прогнозировать и контролировать свойства материалов?
