ПУТЕВОДИТЕЛЬ ПО МИРУ СПЛАВОВ

Если вы попали в большой город с мно­гочисленными достопримечательностями, надо знать, на что стоит обратить внимание в первую очередь. Можно, конечно, просто бродить по городу без вся­кого плана. Несомненно, это доставит определенное удовольствие. Но немало интересного и важного вы пропустите и много времени потратите зря.

Изучая сплавы, каждый рискует оказаться в по­добной ситуации. Необходимо иметь какой-то «путе-

Водитель», по которому можно было бы ориентиро­ваться в необъятном мире сплавов. Но какая инфор­мация должна содержаться в этом «путеводителе»?

Что такое фаза?

Два века назад великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье писал: «Каждая физи­ческая наука необходимо состоит из серии фактов, идей, которые о них напоминают, слов, которые вы­ражают эти идеи». К числу ключевых в физике тер­минов относится и слово «фаза». Само по себе оно знакомо всем, однако у него множество значений. Интересующее нас введено в практику в прошлом столетии американским физиком-теоретиком Джо – зайей Уиллардом Гиббсом, с которым нам предстоит часто встречаться на страницах этой книги. Объясне­ние термина мы начнем с примеров.

Все знают, что при O0C в уличных лужах появляют­ся кусочки льда. Первоначально однородная система — жидкая вода — распадается на две части. Их назы­вают двумя разными фазами химического соединения H2O. Если воду нагреть до IOO0C, то же самое соедине­ние предстанет в виде третьей фазы — водяного пара.

Жидкость, кристалл и пар — самые привычные примеры разных фаз одного и того же вещества. Однако фазы не обязательно должны различаться между собой именно агрегатным состоянием. Хорошо известны две твердые фазы углерода — графит и ал­маз. Они имеют разные кристаллические решетки и это обусловливает колоссальное различие их свойств. Фазы могут отличаться друг от друга и по своим маг­нитным характеристикам (магнитная и немагнитная фазы), и по электрической проводимости (нормаль­ная и сверхпроводящая), и по другим свойствам.

Теперь, после предварительного знакомства, попы­таемся ввести понятие фазы более строго. Возьмем за основу лаконичное определение, которое давал советский академик М. А. Леонтович: «В термодина­мике фазой называется всякая однородная система, т. е. тело, физические свойства которого во всех точ­ках одинаковы». В этом определении надо обратить внимание на несколько тонкостей.

Речь идет только о телах, состоящих из большого количества атомов или молекул. Как правило, мерой «большого количества» является постоянная Авогад – ро — 6* IO23 моль-1.

Фигурирующую в определении «однородность» тоже надо понимать на уровне «большого числа» частиц, а не отдель­ных атомов или мо­лекул. Воздух одно­роден и является однофазной систе­мой, хотя и состоит из разных молекул.

В многофазной си­стеме однородность теряется, как это было в случае льда и воды. Между раз­ными фазами одной системы обычно су­ществует четко вы­раженная граница раздела. Приведем здесь еще один при­мер. Возьмите ем­кость с подсолнеч­ным маслом и нака­пайте туда воду. Жидкости не смеша­ются. Вода в масле образует свою от­дельную фазу. Гра­ница раздела между двумя фазами будет отчетливо видна.

Не всегда неодно­родность системы и границы раздела между фазами вид – Рис. 2

Ны невооруженным

Глазом. Латуни, в частности, выглядят вполне одно­родно, хотя могут быть и двухфазными. Чтобы в этом удостовериться, приходится обращаться к специаль­ным методам исследования. Мы немного забежим впе­ред и покажем фотографии двухфазных латуней (рис. 2), сделанные через микроскоп (а более обстоя­тельный рассказ о возможности микроскопии отложим до следующей главы)". Как видите, разные фазы ста­новятся четко различимыми.

При изменении внешних условий (температуры, давления, электрического или магнитного полей) фазы могут превращаться друг в друга. Это вполне понятно уже на примере воды, пара и льда. Такой процесс называется фазовым превращением (или фа­зовым переходом).

Фазовые превращения постоянно происходят во­круг нас. Самые известные—плавление, кристалли­зация, испарение, сублимация, конденсация, однако ими список далеко не исчерпывается. При фазовых превращениях свойства вещества резко меняются. Это делает фазовые превращения не только интересным объектом изучения для физиков, но и важным явле­нием с точки зрения практического применения. Об­рабатывая материал определенным образом, можно вызвать протекание в нем фазовых превращений. Это — один из основных способов воздействия на свойства вещества. Знание закономерностей возник­новения и развития фазовых превращений открывает путь к управлению свойствами материалов.