Эвтектика

Микрофотография эвтектики в системе свинец - олово

Эвтектики ( древнегреческого εὐ Eu- кишка, τήκω Teko Schmelzen) представляет собой фазовое равновесие , которое характеризуется тем , что условия окружающей среды (степеней свободы) можно свободно выбирать только в очень небольшом диапазоне. Наиболее распространенное представление эвтектики - это фазовая диаграмма только с двумя степенями свободы, а именно с температурой и концентрацией компонентов, см. Рисунок.

Подобная форма, в которой все участвующие фазы уже находятся в твердом состоянии, называется эвтектоидом .

Эвтектические сплавы

Диаграмма состояния (фазовая диаграмма) эвтектической системы

характеристики

Эвтектические сплавы имеют четко определяемую точку плавления , так называемую эвтектическую точку , где пересекаются линии солидуса и ликвидуса . В точке эвтектики все три фазы системы - расплав, фаза A и B - находятся в равновесии. Температура затвердевания также самая низкая из всех смесей тех же компонентов. С другой стороны, смеси с другими пропорциями легирующих элементов имеют область плавления или затвердевания, в которой, помимо расплава, также имеется твердая фаза.

Правило фаз для твердых веществ при постоянном давлении . Это дает значение для эвтектических сплавов с двумя компонентами и тремя фазами (расплав, фаза A и фаза B) , то есть полное затвердевание эвтектики возможно только в одной точке.

Поскольку все компоненты эвтектики затвердевают одновременно, а это происходит при гораздо более низкой температуре, чем в случае с чистыми компонентами, создается тонкая и однородная структура , которая обычно имеет характерную пластинчатую структуру. Причиной этого является низкая кинетическая энергия атомов при этой температуре, которая допускает только короткие пути и, следовательно, образование только очень маленьких кристаллов (также называемых кристаллитами ).

использовать

Технически часто используемой эвтектикой является z. Б. ледебурит из в системе Fe-C (4,3% С / один тысяча сто сорок семь  ° С ), которая используется для отливки из серого чугуна . Эвтектическая смесь также используется при производстве алюминия электролизом плавленых солей . Здесь смесь с температурой плавления 950 ° C производится из 10,5% (массовых процентов) оксида алюминия (точка плавления 2058 ° C) и 89,5% криолита (точка плавления ~ 1000 ° C).

Поскольку температура плавления эвтектического сплава значительно ниже, чем у чистых металлов, такие сплавы предпочтительны для пайки . Это имеет то преимущество, что вы должны отводить относительно мало тепла, и вы можете использовать материальное соотношение между припоем и соединяемым партнером при выборе припоя. Кроме того, пониженная температура плавления используется для создания сплавов, в которых точки плавления двух компонентов сильно различаются. Так обстоит дело, например, с алюминием (точка плавления 660 ° C) и вольфрамом (точка плавления 3422 ° C). Если вы попытаетесь произвести сплав алюминия с вольфрамом напрямую, просто «бросив оба компонента в котел» и нагревая их, алюминий уже испарится (точка кипения 2467 ° C) до того, как вольфрам расплавится. Однако, если сначала изготовить лигатуру (с более низкой температурой плавления) из вольфрама и металла с высокой температурой плавления, производство возможно. Конечно, из-за предварительной обработки чистые сплавы не создаются.

Хорошо известными примерами эвтектических сплавов являются

  • система, известная как « паяльное олово » или «просачивающийся припой », сделанная из олова (Sn) и свинца (Pb) с составом 63% Sn и 37% Pb с температурой плавления 183 ° C.
  • Различные серебряные припои, которые, помимо серебра (Ag) и меди (Cu ), могут также содержать цинк (Zn), олово и кадмий (Cd). Так содержит z. Б. серебряный припой «L-Ag44» 44% Ag, 30% Cu и 26% Zn.
  • Металлические розы , сплав висмута (Bi), свинца и олова с температурой плавления около 94 ° C.
  • Металл Филда представляет собой эвтектику, состоящую из индия (In), висмута и олова и плавится при температуре около 62 ° C.
  • Металл Вуда (также сплав Вуда ) состоит из эвтектического сплава в системе висмут-свинец-кадмий-олово, который плавится при температуре около 60 ° C.
  • Сплава натрия-калия представляет собой жидкость при комнатной температуре.

Помимо основного применения в качестве припоев для металлов, такие хорошо плавящиеся сплавы также используются в спринклерных системах или в шутливых изделиях. Некоторые кварцевые порфиры или раствор 30,9 г поваренной соли в 100 г воды ( криогидрат , точка плавления –21,3 ° C) также являются эвтектиками.

Эвтектический сплав, известный как Галинстан, состоит из 68-69% галлия , 21-22 % индия и 9,5-10,5% олова , имеет особенно низкую температуру плавления , которая кристаллизуется только при -19,5 ° C и является аналогом без ртути. Используются клинические термометры .

В химической лаборатории образование легкоплавких эвтектик используют для получения холодных смесей .

Смотри тоже

литература

  • Дитер Кохц: Введение в материаловедение для сварщиков металлов . В: Der Praktiker: журнал по сварочной технике и не только . С 9/1982 по 1/1985. ДВС-Верлаг, ISSN  0554-9965 .

веб ссылки

Commons : Eutectic  - коллекция изображений, видео и аудио файлов

Индивидуальные доказательства

  1. ^ Химия Брокгауза ABC. ВЭБ Ф.А. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, с. 384.
  2. ^ Химия Брокгауза ABC. ВЭБ Ф.А. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, стр. 52–56.