Nucleacion

Solidificación de un metal puro

Nucleación y Crecimiento
• La transformación de líquido a sólido ocurre en dos etapas. La
primera, es la nucleación de la fase sólida en la fase líquida, donde
se genera una superficie sólido-líquido que tiene una energía de
superficie (energía por unidad de superficie) y, la segunda, se
refiere al crecimiento de estos núcleos a medida que desciende latemperatura. Por lo tanto, durante la solidificación coexisten ambas
fases, sólida y líquida.
• La relación entre las velocidades de nucleación y crecimiento
determinará la forma y el tamaño de los granos del sólido
resultante.

Nucleación y Crecimiento
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Podemos definir la nucleación como la formación de una
nueva fase en un punto dado del sistema. en el caso de la
solidificación ,esto corresponde a la formación de un pequeño
cristal rodeado de un liquido. Una vez formados los núcleos , un
cierto grupo de ellos crecerá.

Podemos distinguir dos tipos de nucleación, estas son:
Nucleación homogénea
Nucleación Heterogénea

Nucleación homogénea
• Se considera en primer lugar la nucleación homogénea , por que es
el caso mas simple de la nucleación. La nucleación homogénease da
en el liquido fundido cuando el metal proporciona por si mismo los
átomos para formar el núcleo. Cuando se enfría un metal puro por
debajo de su temperatura de equilibrio de solidificación en un grado
suficiente, se crean numerosos núcleos homogéneos por
movimiento lento de átomos que se mantienen juntos. La nucleación
homogénea requiere habitualmente un elevado grado desubenfriamiento. Para que un núcleo estable pueda transformarse
en un cristal debe alcanzar un tamaño critico.

Nucleación homogénea
Pero
• Que es un Núcleo?
• Cual es el Tamaño Critico?
• Por que se produce el Subenfriamiento?

Nucleación homogénea
• Un núcleo es un conjunto de átomos que han sobrepasado un nivel
de energía que les permite mantenerse mantener su ordenamiento
dentro del liquido.Este conjunto de átomos no podrá mantenerse
unidos a menos que alcance un cierto tamaño. Ahora bien, de que
depende entonces el tamaño necesario para formar el núcleo?

Nucleación homogénea
• Dependerá de las energías involucradas en la propia nucleación.
Para la nucleación Homogénea deben considerarse dos tipos de
cambios de energías:
Energía libre volumétrica (o global) liberada por latransformación de
liquido a sólido
Energía libre superficial requerida para formar las nuevas superficies
sólida de las partículas solidificadas.
Cuando un metal liquido se enfría por debajo de su temperatura de
solidificación de equilibrio, la energía motriz para la transformación
de liquido a sólido es la diferencia de entre la energía libre
volumétrica del liquido y del sólido, sinembargo , hay una energía
que se opone a la formación de núcleos que es la energía requerida
para formar la superficie de estas partículas .
El cambio de energía libre total para la formación de un núcleo
esférico de radio r formado por enfriamiento de un metal puro esta
expresado según:

Nucleación homogénea

Nucleación homogénea

Nucleación homogénea
• De acuerdo al grafico podemosver que el radio critico dependerá de
las energías de volumen y superficie, pudiéndose obtener la
siguiente relación:

Pero también es posible relacionar el radio critico con el
subenfriamiento, de la siguiente manera:

Nucleación homogénea
• Es importante considerar el Subenfriamiento, no solo por que , como
hemos visto anteriormente influye en la nucleación, si no por que
tambiénrepresenta una variación de la temperatura de
solidificación importante, como se puede observar en la siguiente
tabla:

Nucleación Heterogénea
• Es la nucleación que tiene lugar en un liquido sobre la superficie del
recipiente que lo contiene, impurezas insolubles, u otros materiales
estructurales que disminuyan la energía libre requerida para formar un
núcleo estable. Esta nucleación es la...