Температура плавления сплавов: Температура плавления металлов, сплавов, фосфора и кремния, в °C и °F

Температура плавления металлов, сплавов, фосфора и кремния, в °C и °F

Алюминий (Al) / Aluminum	660	1220
Алюминиевые сплавы / Aluminum Alloy	463 — 671	865 — 1240
Баббит = Babbitt	249	480
Бериллий (Be) = Beryllium	1285	2345
Бронза алюминиевая = Aluminum Bronze	1027 — 1038	1881 — 1900
Бронза бериллиевая, бериллиевая бронза = Beryllium Copper	865 — 955	1587 — 1750
Бронза марганцовистая = Manganese bronze	865 — 890	1590 — 1630
Ванадий (V), Vanadium	1900	3450
Висмут (Bi) = Bismuth	271.4	520.5
Вольфрам (W), Tungsten	3400	6150
Железо ковкое (Fe)  = Carbon Steel	1482 — 1593	2700 — 2900
Золото (Au) чистое 999 пробы  100% золото = Gold 24K Pure	1063	1945
Инконель, жаропрочный никелехромовый сплав = Inconel	1390 — 1425	2540 — 2600
Инколой, жаропрочный никелехромовый сплав = Incoloy	1390 — 1425	2540 — 2600
Иридий (Ir), Iridium	2450	4440
Кадмий (Cd) = Cadmium	321	610
Калий (K) = Potassium	63.3	146
Кобальт (Co) = Cobalt	1495	2723
Кремний (Si) = Silicon	1411	2572
Латунь желтая = Brass, Yellow	905-932	1660-1710
Латунь морская = Морская латунь (29-30% Zn, 70% Cu-1% Sn и 0,02-0,05% As) = Admiralty Brass	900 — 940	1650 — 1720
Латунь красная = Brass, Red	990 — 1025	1810 — 1880
Медь (Cu) = Copper	1084	1983
Мельхиор, купроникель = Cupronickel	1170 — 1240	2140 — 2260
Магний (Mg), Magnesium	650	1200
Магниевые сплавы = Magnesium Alloy	349 — 649	660 — 1200
Марганец (Mn), Manganese	1244	2271
Молибден (Mo), Molybdenum	2620	4750
Монель (до 67 % никеля и до 38 % меди) = Monel	1300 — 1350	2370 — 2460
Натрий (Na) = Sodium	97.83	208
Никель (Ni), Nickel	1453	2647
Ниобий (Nb), Niobium (Columbium)	2470

Температура плавления разных металлов в таблице

Каждый металл и сплав имеет собственный уникальный набор физических и химических свойств, среди которых не последнее место занимает температура плавления. Сам процесс означает переход тела из одного агрегатного состояния в другое, в данном случае, из твердого кристаллического состояния в жидкое. Чтобы расплавить металл, необходимо подводить к нему тепло до достижения температуры плавления. При ней он все еще может оставаться в твердом состоянии, но при дальнейшем воздействии и повышении тепла металл начинает плавиться. Если температуру понизить, то есть отвести часть тепла, элемент затвердеет.

Самая высокая температура плавления среди металлов принадлежит вольфраму: она составляет 3422С^о, самая низкая — у ртути: элемент плавится уже при — 39С^о. Определить точное значение для сплавов, как правило, не представляет возможности: оно может значительно колебаться в зависимости от процентного соотношения компонентов. Их обычно записывают в виде числового промежутка.

Как происходит

Плавление всех металлов происходит примерно одинаково — при помощи внешнего или внутреннего нагревания. Первый осуществляется в термической печи, для второго используют резистивный нагрев при пропускании электрического тока или индукционный нагрев в высокочастотном электромагнитном поле. Оба варианта воздействуют на металл примерно одинаково.

При увеличении температуры увеличивается и амплитуда тепловых колебаний молекул, возникают структурные дефекты решетки, выражающиеся в росте дислокаций, перескоке атомов и других нарушениях. Это сопровождается разрывом межатомных связей и требует определенного количества энергии. В это же время происходит образование квази-жидкого слоя на поверхности тела. Период разрушения решетки и накопления дефектов называется плавлением.

Разделение металлов

В зависимости от температуры плавления металлы делятся на:

1. Легкоплавкие: им необходимо не более 600С^о. Это цинк, свинец, виснут, олово.
2. Среднеплавкие: температура плавления колеблется от 600С^о до 1600С^о. Это золото, медь, алюминий, магний, железо, никель и большая половина всех элементов.
3. Тугоплавкие: требуется температура свыше 1600С^о, чтобы сделать металл жидким. Сюда относятся хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от температуры плавления выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.

Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости. Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.

Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.

1. Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
2. Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.

Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600С ^о )

Название элемента	Латинское обозначение	Температуры
		Плавления	Кипения
Олово	Sn	232 Со	2600 Со
Свинец	Pb	327 Со	1750 Со
Цинк	Zn	420 Со	907 Со
Калий	K	63,6 Со	759 Со
Натрий	Na	97,8 Со	883 Со
Ртуть	Hg	— 38,9 Со	356.73 Со
Цезий	Cs	28,4 Со	667.5 Со
Висмут	Bi	271,4 Со	1564 Со
Палладий	Pd	327,5 Со	1749 Со
Полоний	Po	254 Со	962 Со
Кадмий	Cd	321,07 Со	767 Со
Рубидий	Rb	39,3 Со	688 Со
Галлий	Ga	29,76 Со	2204 Со
Индий	In	156,6 Со	2072 Со
Таллий	Tl	304 Со	1473 Со
Литий	Li	18,05 Со	1342 Со

Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600С ^о до 1600С ^о )

Название элемента	Латинское обозначение	Температураы
		Плавления	Кипения
Алюминий	Al	660 Со	2519 Со
Германий	Ge	937 Со	2830 Со
Магний	Mg	650 Со	1100 Со
Серебро	Ag	960 Со	2180 Со
Золото	Au	1063 Со	2660 Со
Медь	Cu	1083 Со	2580 Со
Железо	Fe	1539 Со	2900 Со
Кремний	Si	1415 Со	2350 Со
Никель	Ni	1455 Со	2913 Со
Барий	Ba	727 Со	1897 Со
Бериллий	Be	1287 Со	2471 Со
Нептуний	Np	644 Со	3901,85 Со
Протактиний	Pa	1572 Со	4027 Со
Плутоний	Pu	640 Со	3228 Со
Актиний	Ac	1051 Со	3198 Со
Кальций	Ca	842 Со	1484 Со
Радий	Ra	700 Со	1736,85 Со
Кобальт	Co	1495 Со	2927 Со
Сурьма	Sb	630,63 Со	1587 Со
Стронций	Sr	777 Со	1382 Со
Уран	U	1135 Со	4131 Со
Марганец	Mn	1246 Со	2061 Со
Константин		1260 Со
Дуралюмин	Сплав алюминия, магния, меди и марганца	650 Со
Инвар	Сплав никеля и железа	1425 Со
Латунь	Сплав меди и цинка	1000 Со
Нейзильбер	Сплав меди, цинка и никеля	1100 Со
Нихром	Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия	1400 Со
Сталь	Сплав железа и углерода	1300 Со — 1500 Со
Фехраль	Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния	1460 Со
Чугун	Сплав железа и углерода	1100 Со — 1300 Со

Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600С ^о )

Название элемента	Латинское обозначение	Температуры
		Плавления	Кипения
Вольфрам	W	3420 Со	5555 Со
Титан	Ti	1680 Со	3300 Со
Иридий	Ir	2447 Со	4428 Со
Осмий	Os	3054 Со	5012 Со
Платина	Pt	1769,3 Со	3825 Со
Рений	Re	3186 Со	5596 Со
Хром	Cr	1907 Со	2671 Со
Родий	Rh	1964 Со	3695 Со
Рутений	Ru	2334 Со	4150 Со
Гафний	Hf	2233 Со	4603 Со
Тантал	Ta	3017 Со	5458 Со
Технеций	Tc	2157 Со	4265 Со
Торий	Th	1750 Со	4788 Со
Ванадий	V	1910 Со	3407 Со
Цирконий	Zr	1855 Со	4409 Со
Ниобий	Nb	2477 Со	4744 Со
Молибден	Mo	2623 Со	4639 Со
Карбиды гафния		3890 Со
Карбиды ниобия		3760 Со
Карбиды титана		3150 Со
Карбиды циркония		3530 Со

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Температура плавления металлов: таблица в градусах

При термическом воздействии на детали в процессе сварки важно учитывать температуру плавления металлов. От этого показателя зависят токовые параметры. Необходимо создать электрической дугу или пламя в газовой горелке такой тепловой мощности, чтобы разрушить молекулярные связи. Параметр, при котором сталь или цветной сплав плавится, учитывают при выборе конструкционных материалов для узлов, испытывающих силу трения или металлоконструкций, испытывающих термическое воздействие.

Процесс плавления

При термовоздействии на деталь изменение внутренней структуры происходит за счет накопления энергии молекулами. Скорость их движения возрастает. В критической точке нагрева начинается разрушение кристаллической структуры, межмолекулярные связи уже не могут удержать молекулы в узлах решетки. Взамен колебательным движениям в пределах узла происходит хаотическое движение, образуется ванна расплава в месте нагрева. Точку начала расплавления вещества в лабораторных условиях определяют до сотых долей градуса, причем этот показатель не зависит от внешнего давления на заготовку. В вакууме и под давлением металлические заготовки начинают плавиться при одной и той же температуре, это объясняется процессом накопления внутренней энергии, необходимой для разрушения межмолекулярных связей.

Классификация металлов по температуре плавления

В физике переход твердого тела в жидкое состояние характерен только для веществ кристаллической структуры. Температуру плавления металлов чаще обозначают диапазоном значений, для сплавов точно определить нагрев до пограничного фазового состояния сложно. Для чистых элементов каждый градус имеет значение, особенно, если это легкоплавкие элементы,

значения не имеет. Сводная таблица показателей t обычно делится на 3 группы. Помимо легкоплавких элементов, которые максимально нагревают до +600°С, указывают тугоплавкие, выдерживающие нагрев свыше +1600°С, и среднеплавкие. В этой группе сплавы, образующие ванну расплава при температуре от +600 до 1600°С.

Разница между температурой плавления и кипения

Точкой фазового перехода вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое нередко называют температуру плавления металла. В расплаве молекулы не имеют определенного расположения, но притяжение удерживает их вместе, в жидком состоянии кристаллическое тело сохраняет объем, но теряет форму.

При кипении теряется объем, молекулы слабо взаимодействуют, хаотично движутся во всех направлениях, отрываются от поверхности. Температура кипения – это когда давление металлических паров достигает давления внешней среды.

Для наглядности разницу между критическими точками нагрева лучше представить в виде таблицы:

Свойства	Температура плавки	Температура кипения
Физическое состояние	Сплав превращается в расплав, кристаллическая структура разрушается, исчезает зернистость	Переход в газообразное состояние, отдельные молекулы улетают за пределы расплава
Фазовый переход	Равновесие между жидкой и твердой фазами	Равновесие между давлением паров металла и внешним давлением воздуха
Влияние внешнего давления	Не меняется	Изменяется, падает при разряжении

Таблицы температур плавления металлов и сплавов

Для удобства границы фазового перехода указаны по группам в порядке возрастания t фазового перехода из твердого в жидкое состояние. Из всех элементов выбраны часто встречающиеся.

Таблица плавления легкоплавких металлов и сплавов (расплавляются до +600°С).

Название элемента или соединения	Буквенный символ в периодической таблице элементов	Температура образования расплава	Температура закипания
Ртуть	Hg	-38,9°С	+356,7°С
Литий	Li	+18°С	+1342°С
Цезий	Cs	+28,4°С	+667,5°С
Калий	K	+63,6°С	+759°С
Натрий	Na	+97,8°С	+883°С
Индий	In	+156,6°С	+2072°С
Олово	Sn	+232°С	+2600°С
Висмут	Bi	+271,4°С	+1564°С
Таллий	Tl	+304°С	+1473°С
Кадмий	Cd	+321°С	+767°С
Свинец	Pb	+327°С	+1750°С
Цинк	Zn	+420°С	+907°С

Таблица плавления среднеплавких металлов и сплавов, диапазон фазового перехода от +600 до 1600°С.

Наименование	Обозначение металла или химический состав сплава	Температура плавления	Температура кипения
МЕТАЛЛЫ
Сурьма	Sb	+630,6°С	+1587°С
Магний	Mg	+650°С	+1100°С
Алюминий	Al	+660°С	+2519°С
Барий	Ba	+727°С	+1897°С
Кальций	Ca	+842°С	+1484°С
Серебро	Ag	+960°С	+2180°С
Золото	Au	+1063°С	+2660°С
Марганец	Mn	+1246°С	+2061°С
Медь	Cu	+1083°С	+2580°С
Бериллий	Be	+1287°С	+2471°С
Кремний	Si	+1415°С	+2350°С
Никель	Ni	+1455°С	+2913°С
Кобальт	Co	+1495°С	+2927°С
Железо	Fe	+1539°С	+900°С
СПЛАВЫ
Дюрали	Al+ Mg+Cu+Mn	+650°С
Латуни	сплавы на основе меди и цинка	+950…1050°С
Нейзильбер	Cu+Zn+Ni	+1100°С
Чугун	углеродистое железо	+1100…1300°С
Углеродистые стали		+1300…1500°С
Нихром	Fe+Ni+Cr+Si+Mn+Al	+1400°С
Инвар	Fe+Ni	+1425°С
Фехраль	Fe+Cr+Al+Mn+Si	+1460°С

Таблица плавления тугоплавких металлов и сплавов (свыше +1600°С).

Название	Символ элемента, формула соединения	Температура плавления	Температура кипения
Титан	Ti	+1680°С	+3300°С
Карбид титана	TiC	+3150°С	–
Торий	Th	+1750°С	+4788°С
Платина	Pt	+1769,3°С	+3825°С
Хром	Cr	+1907°С	+2671°С
Карбиды хрома	Cr23C6	+1660°С	–
	Cr7С3	+1780°С	–
	Cr3С2	+1890°С	–
Цирконий	Zr	+1855°С	+4409°С
Карбид циркония	ZrC	+3530°С	–
Ванадий	V	+1910°С	+3407°С
Родий	Rh	+1964°С	+3695°С
Иридий	Ir	+2447°С	+4428°С
Ниобий	Nb	+2477°С	+4744°С
Молибден	Mo	+2623°С	+4639°С
Тантал	Ta	+3017°С	+5458°С
Вольфрам	W	+3420°С	+5555°С

температура в градусах при которых плавится металл, железо, алюминий, золото

Каждый металл или сплав обладает уникальными свойствами, в число которых входит температура плавления. При этом объект переходит из одного состояния в другое, в конкретном случае становится из твёрдого жидким. Чтобы его расплавить, необходимо подвести к нему тепло и нагревать до достижения нужной температуры. В момент, когда достигается нужная точка температуры данного сплава, он ещё может остаться в твёрдом состоянии. При продолжении воздействия начинает плавиться.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

Наиболее низкая температура плавления у ртути — она плавится даже при -39 °C, самая высокая у вольфрама — 3422 °C. Для сплавов (стали и других) определить точную цифру крайне сложно. Все зависит от соотношения компонентов в них. У сплавов она записывается как числовой промежуток.

Как происходит процесс

Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой — плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты. Воздействие при этом примерно одинаковое.

Когда происходит нагревание, усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляются структурные дефекты решётки, сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.

В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:

1. легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
2. среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
3. тугоплавкие — от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.

Вторая важная величина — градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.

Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.

Таблица характеристик

Металлы и сплавы — непременная основа для ковки, литейного производства, ювелирной продукции и многих других сфер производства. Чтобы не делал мастер (ювелирные украшения из золота, ограды из чугуна, ножи из стали или браслеты из меди), для правильной работы ему необходимо знать температуры, при которых плавится тот или иной элемент.

Чтобы узнать этот параметр, нужно обратиться к таблице. В таблице также можно найти и градус кипения.

Среди наиболее часто применяемых в быту элементов показатели температуры плавления такие:

1. алюминий — 660 °C;
2. температура плавления меди — 1083 °C;
3. температура плавления золота — 1063 °C;
4. серебро — 960 °C;
5. олово — 232 °C. Олово часто используют при пайке, так как температура работающего паяльника составляет как раз 250–400 градусов;
6. свинец — 327 °C;
7. температура плавления железо — 1539 °C;
8. температура плавления стали (сплав железа и углерода) — от 1300 °C до 1500 °C. Она колеблется в зависимости от насыщенности стали компонентами;
9. температура плавления чугуна (также сплав железа и углерода) — от 1100 °C до 1300 °C;
10. ртуть — -38,9 °C.

Как понятно из этой части таблицы, самый легкоплавкий металл — ртуть, которая при плюсовых температурах уже находится в жидком состоянии.

Градус кипения всех этих элементов почти вдвое, а иногда и ещё выше градуса плавления. Например, у золота он 2660 °C, у алюминия — 2519 °C, у железа — 2900 °C, у меди — 2580 °C, у ртути — 356,73 °C.

У сплавов типа стали, чугуна и прочих металлов расчёт примерно такой же и зависит от соотношения компонентов в сплаве.

Максимальная температура кипения у металлов — у рения — 5596 °C. Наибольшая температура кипения — у наиболее тугоплавящихся материалов.

Бывают таблицы, в которых также указана плотность металлов. Самым лёгким металлом является литий, самым тяжёлым — осмий. У осмия плотность выше, чем у урана и плутония, если рассматривать её при комнатной температуре. К лёгким металлам относятся: магний, алюминий, титан. К тяжёлым относится большинство распространённых металлов: железо, медь, цинк, олово и многие другие. Последняя группа — очень тяжёлые металлы, к ним относятся: вольфрам, золото, свинец и другие.

Ещё один показатель, встречающийся в таблицах — это теплопроводность металлов. Хуже всего тепло проводит нептуний, а лучший по теплопроводности металл — серебро. Золото, сталь, железо, чугун и прочие элементы находится посередине между этими двумя крайностями. Чёткие характеристики для каждого можно найти в нужной таблице.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

Температура кипения и плавления металлов, температура плавления стали

Температура кипения и плавления металлов

В таблице представлена температура плавления металлов t_пл, их температура кипения t_к при атмосферном давлении, плотность металлов ρ при 25°С и теплопроводность λ при 27°С.

Температура плавления металлов, а также их плотность и теплопроводность приведены в таблице для следующих металлов: актиний Ac, серебро Ag, алюминий Al, золото Au, барий Ba, берилий Be, висмут Bi, кальций Ca, кадмий Cd, кобальт Co, хром Cr, цезий Cs, медь Cu, железо Fe, галлий Ga, гафний Hf, ртуть Hg, индий In, иридий Ir, калий K, литий Li, магний Mg, марганец Mn, молибден Mo, натрий Na, ниобий Nb, никель Ni, нептуний Np, осмий Os, протактиний Pa, свинец Pb, палладий Pd, полоний Po, платина Pt, плутоний Pu, радий Ra, рубидий Pb, рений Re, родий Rh, рутений Ru, сурьма Sb, олово Sn, стронций Sr, тантал Ta, технеций Tc, торий Th, титан Ti, таллий Tl, уран U, ванадий V, вольфрам W, цинк Zn, цирконий Zr.

По данным таблицы видно, что температура плавления металлов изменяется в широком диапазоне (от -38,83°С у ртути до 3422°С у вольфрама). Низкой положительной температурой плавления обладают такие металлы, как литий (18,05°С), цезий (28,44°С), рубидий (39,3°С) и другие щелочные металлы.

Наиболее тугоплавкими являются следующие металлы: гафний, иридий, молибден, ниобий, осмий, рений, рутений, тантал, технеций, вольфрам. Температура плавления этих металлов выше 2000°С.

Приведем примеры температуры плавления металлов, широко применяемых в промышленности и в быту:

• температура плавления алюминия 660,32 °С;
• температура плавления меди 1084,62 °С;
• температура плавления свинца 327,46 °С;
• температура плавления золота 1064,18 °С;
• температура плавления олова 231,93 °С;
• температура плавления серебра 961,78 °С;
• температура плавления ртути -38,83°С.

Максимальной температурой кипения из металлов, представленных в таблице, обладает рений Re — она составляет 5596°С. Также высокими температурами кипения обладают металлы, относящиеся к группе с высокой температурой плавления.

Плотность металлов в таблице находится в диапазоне от 0,534 до 22,59 г/см³, то есть самым легким металлом является литий, а самым тяжелым металлом осмий. Следует отметить, что осмий имеет плотность большую, чем плотность урана и даже плутония при комнатной температуре.

Теплопроводность металлов в таблице изменяется от 6,3 до 427 Вт/(м·град), таким образом хуже всего проводит тепло такой металл, как нептуний, а лучшим теплопроводящим металлом является серебро.

Температура плавления стали

Представлена таблица значений температуры плавления стали распространенных марок. Рассмотрены стали для отливок, конструкционные, жаропрочные, углеродистые и другие классы сталей.

Температура плавления стали находится в диапазоне от 1350 до 1535°С. Стали в таблице расположены в порядке возрастания их температуры плавления.

Температура плавления стали — таблица

Сталь	tпл, °С	Сталь	tпл, °С
Стали для отливок Х28Л и Х34Л	1350	Коррозионно-стойкая жаропрочная 12Х18Н9Т	1425
Сталь конструкционная 12Х18Н10Т	1400	Жаропрочная высоколегированная 20Х23Н13	1440
Жаропрочная высоколегированная 20Х20Н14С2	1400	Жаропрочная высоколегированная 40Х10С2М	1480
Жаропрочная высоколегированная 20Х25Н20С2	1400	Сталь коррозионно-стойкая Х25С3Н (ЭИ261)	1480
Сталь конструкционная 12Х18Н10	1410	Жаропрочная высоколегированная 40Х9С2 (ЭСХ8)	1480
Коррозионно-стойкая жаропрочная 12Х18Н9	1410	Коррозионно-стойкие обыкновенные 95Х18…15Х28	1500
Сталь жаропрочная Х20Н35	1410	Коррозионно-стойкая жаропрочная 15Х25Т (ЭИ439)	1500
Жаропрочная высоколегированная 20Х23Н18 (ЭИ417)	1415	Углеродистые стали	1535

Источники:

1. Волков А. И., Жарский И. М. Большой химический справочник. — М: Советская школа, 2005. — 608 с.
2. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
3. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Таблица температуры плавления (tпл) металлов и сплавов при нормальном атмосферном давлении

Металл или сплав	tпл. С
Алюминий	660,4
Вольфрам	3420
Германий	937
Дуралюмин	~650
Железо	1539
Золото	1064?4
Инвар	1425
Иридий	2447
Калий	63,6
Карбиды гафния	3890
ниобия	3760
титана	3150
циркония	3530
Константин	~1260
Кремний	1415
Латунь	~1000
Легкоплавкий сплав	60,5
Магний	650
Медь	1084,5
Натрий	97,8
Нейзильбер	~1100
Никель	1455
Нихром	~1400
Олово	231,9
Осмий	3030
Платина	17772
Ртуть	— 38,9
Свинец	327,4
Серебро	961,9
Сталь	1300-1500
Фехраль	~1460
Цезий	28,4
Цинк	419,5
Чугун	1100-1300

Вернуться в раздел аналитики

Запись опубликована автором admin в рубрике Полезные материалы. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Температура плавления цветных и черных металлов

В металлургической промышленности одним из основных направлений считается литье металлов и их сплавов по причине дешевизны и относительной простоты процесса. Отливаться могут формы с любыми очертаниями различных габаритов, от мелких до крупных; это подходит как для массового, так и для индивидуального производства.

Литье является одним из древнейших направлений работы с металлами, и начинается примерно с бронзового века: 7−3 тысячелетия до н. э. С тех пор было открыто множество материалов, что приводило к развитию технологии и повышению требований к литейной промышленности.

В наши дни существует много направлений и видов литья, различающихся по технологическому процессу. Одно остается неизменным — физическое свойство металлов переходить из твердого состояния в жидкое, и важно знать то, при какой температуре начинается плавление разных видов металлов и их сплавов.

Процесс плавления металла

Данный процесс обозначает собой переход вещества из твердого состояния в жидкое. При достижении точки плавления металл может находиться как в твердом, так и в жидком состоянии, дальнейшее возрастание приведет к полному переходу материала в жидкость.

То же самое происходит и при застывании — при достижении границы плавления вещество начнет переходить из жидкого состояния в твердое, и температура не изменится до полной кристаллизации.

При этом следует помнить, что данное правило применимо только для чистого металла. Сплавы не имеют четкой границы температур и совершают переход состояний в некотором диапазоне:

1. Солидус — линия температуры, при которой начинает плавиться самый легкоплавкий компонент сплава.
2. Ликвидус — окончательная точка плавления всех компонентов, ниже которой начинают появляться первые кристаллы сплава.

Точно измерить температуру плавления таких веществ невозможно, точкой перехода состояний указывается числовой промежуток.

В зависимости от температуры, при которой начинается плавление металлов, их принято разделять на:

• Легкоплавкие, до 600 °C. К ним относятся олово, цинк, свинец и другие.
• Среднеплавкие, до 1600 °C. Большинство распространенных сплавов, и такие металлы как золото, серебро, медь, железо, алюминий.
• Тугоплавкие, свыше 1600 °C. Титан, молибден, вольфрам, хром.

Также существует и температура кипения — точка, при достижении которой расплавленный металл начнет переход в газообразное состояние. Это очень высокая температура, как правило, в 2 раза превышающая точку расплава.

Влияние давления

Температура плавления и равная ей температура затвердевания зависят от давления, возрастая с его повышением. Это обусловлено тем, что при повышении давления атомы сближаются между собой, а для разрушения кристаллической решетки их нужно отдалить. При повышенном давлении требуется большая энергия теплового движения и соответствующая ей температура плавления увеличивается.

Существуют исключения, когда температура, необходимая для перехода в жидкое состояние, при повышенном давлении уменьшается. К таким веществам относят лёд, висмут, германий и сурьма.

Таблица температур плавления

Любому человеку, связанному с металлургической промышленностью, будь то сварщик, литейщик, плавильщик или ювелир, важно знать температуры, при которых происходит расплав материалов, с которыми он работает. В нижеприведенной таблице указаны точки плавления наиболее распространенных веществ.

Таблица температур плавления металлов и сплавов

Название	T пл, °C
Алюминий	660,4
Медь	1084,5
Олово	231,9
Цинк	419,5
Вольфрам	3420
Никель	1455
Серебро	960
Золото	1064,4
Платина	1768
Титан	1668
Дюралюминий	650
Углеродистая сталь	1100−1500
Чугун	1110−1400
Железо	1539
Ртуть	-38,9
Мельхиор	1170
Цирконий	3530
Кремний	1414
Нихром	1400
Висмут	271,4
Германий	938,2
Жесть	1300−1500
Бронза	930−1140
Кобальт	1494
Калий	63
Натрий	93,8
Латунь	1000
Магний	650
Марганец	1246
Хром	2130
Молибден	2890
Свинец	327,4
Бериллий	1287
Победит	3150
Фехраль	1460
Сурьма	630,6
карбид титана	3150
карбид циркония	3530
Галлий	29,76

Помимо таблицы плавления, существует много других вспомогательных материалов. Например, ответ на вопрос, какова температура кипения железа лежит в таблице кипения веществ. Помимо кипения, у металлов есть ряд других физических свойств, как прочность.

Прочность металлов

Помимо способности перехода из твердого в жидкое состояние, одним из важных свойств материала является его прочность — возможность твердого тела сопротивлению разрушению и необратимым изменениям формы. Основным показателем прочности считается сопротивление возникающее при разрыве заготовки, предварительно отожженной. Понятие прочности не применимо к ртути, поскольку она находится в жидком состоянии. Обозначение прочности принято в МПа — Мега Паскалях.

Существуют следующие группы прочности металлов:

• Непрочные. Их сопротивление не превышает 50МПа. К ним относят олово, свинец, мягкощелочные металлы
• Прочные, 50−500МПа. Медь, алюминий, железо, титан. Материалы этой группы являются основой многих конструкционных сплавов.
• Высокопрочные, свыше 500МПа. Например, молибден и вольфрам.

Таблица прочности металлов

Металл	Сопротивление, МПа
Медь	200−250
Серебро	150
Олово	27
Золото	120
Свинец	18
Цинк	120−140
Магний	120−200
Железо	200−300
Алюминий	120
Титан	580

Наиболее распространенные в быту сплавы

Как видно из таблицы, точки плавления элементов сильно разнятся даже у часто встречающихся в быту материалов.

Так, минимальная температура плавления у ртути -38,9 °C, поэтому в условиях комнатной температуры она уже в жидком состоянии. Именно этим объясняется то, что бытовые термометры имеют нижнюю отметку в -39 градусов Цельсия: ниже этого показателя ртуть переходит в твердое состояние.

Припои, наиболее распространенные в бытовом применении, имеют в своем составе значительный процент содержания олова, имеющего точку плавления 231.9 °C, поэтому большая часть припоев плавится при рабочей температуре паяльника 250−400°C.

Помимо этого, существуют легкоплавкие припои с более низкой границей расплава, до 30 °C и применяются тогда, когда опасен перегрев спаиваемых материалов. Для этих целей существуют припои с висмутом, и плавка данных материалов лежит в интервале от 29,7 — 120 °C.

Расплавление высокоуглеродистых материалов в зависимости от легирующих компонентов лежит в границах от 1100 до 1500 °C.

Точки плавления металлов и их сплавов находятся в очень широком температурном диапазоне, от очень низких температур (ртуть) до границы в несколько тысяч градусов. Знание этих показателей, а так же других физических свойств очень важно для людей, которые работают в металлургической сфере. Например, знание того, при какой температуре плавится золото и другие металлы пригодятся ювелирам, литейщикам и плавильщикам.

Теплопроводность металлов, металлических элементов и сплавов

Теплопроводность — k — это количество тепла, переданное за счет единичного температурного градиента в единицу времени в установившихся условиях в направлении, нормальном к поверхности единицы площади. Теплопроводность — k — используется в уравнении Фурье.

9 0038190 9003 8 0-25

Металл, металлический элемент или сплав	Температура — t — ( o C)	Теплопроводность — k — (Вт / м K)
Алюминий	-73	237
«	0	236
»	127	240
«	327	232
«	527	220
Алюминий — дюралюминий (94-96% Al, 3-5% Cu, следы Mg)	20	164
Алюминий — силумин (87% Al, 13% Si)	20	164
Алюминиевая бронза	0-25	70
Алюминиевый сплав 3003, прокат	0-25
Алюминиевый сплав 2014.отожженный	0-25	190
Алюминиевый сплав 360	0-25	150
Сурьма	-73	30,2
«	0	25,5
«	127	21,2
»	327	18,2
«	527	16,8
Бериллий	-73	301
»	0	218
«	127	161
»	327	126
«	527	107
»	727	89
«	927	73
Бериллиевая медь 25	80
Висмут	-73	9.7
«	0	8,2
Бор	-73	52,5
»	0	31,7
«	127	18,7
«	327	11,3
»	527	8,1
«	727	6,3
»	927	5.2
Кадмий	-73	99,3
«	0	97,5
»	127	94,7
Цезий	-73	36,8
«	0	36,1
Хром	-73	111
»	0	94,8
«	127	87.3
«	327	80,5
»	527	71,3
«	727	65,3
»	927	62,4
Кобальт	-73	122
«	0	104
»	127	84,8
Медь	-73	413
«	0	401
«	127	392
»	327	383
«	527	371
»	727	357
«	927	342
Медь электролитическая (ETP)	0-25	390
Медь — Адмиралтейская латунь	20	111
Медь — алюминиевая бронза (95% Cu, 5% Al)	20	83
Медь — Бронза (75% Cu, 25% Sn)	20	26
Медь — латунь (желтая латунь) (70% Cu, 30% Zn)	20	111
Медь — патронная латунь (UNS C26000)	20	120
Медь — константан (60% Cu, 40% Ni)	20	22.7
Медь — немецкое серебро (62% Cu, 15% Ni, 22% Zn)	20	24,9
Медь — фосфористая бронза (10% Sn, UNS C52400)	20	50
Медь — красная латунь (85% Cu, 9% Sn, 6% Zn)	20	61
Мельхиор	20	29
Германий	-73	96,8
«	0	66.7
«	127	43,2
»	327	27,3
«	527	19,8
»	727	17,4
»	927	17,4
Золото	-73	327
«	0	318
»	127	312
«	327	304
«	527	292
»	727	278
«	927	262
Гафний	-73	24.4
«	0	23,3
»	127	22,3
«	327	21,3
»	527	20,8
»	727	20,7
«	927	20,9
Hastelloy C	0-25	12
Инконель	21-100	15
Инколой	0-100	12
Индий	-73	89.7
«	0	83,7
»	127	75,5
Иридий	-73	153
«	0	148
«	127	144
»	327	138
«	527	132
»	727	126
«	927	120
Железо	-73	94
«	0	83.5
«	127	69,4
»	327	54,7
«	527	43,3
»	727	32,6
»	927	28,2
Железо — литье	20	52
Железо — перлитное с шаровидным графитом	100	31
Кованое железо	20	59
Свинец	-73	36.6
«	0	35,5
»	127	33,8
«	327	31,2
Свинец химический	0-25	35
Сурьма свинец (твердый свинец)	0-25	30
Литий	-73	88,1
«	0	79.2
«	127	72,1
Магний	-73	159
»	0	157
«	127	153
«	327	149
»	527	146
Магниевый сплав AZ31B	0-25	100
Марганец	-73	7.17
«	0	7,68
Меркурий	-73	28,9
Молибден	-73	143
»	0	139
«	127	134
»	327	126
«	527	118
»	727	112
«	927	105
Монель	0-100	26
Никель	-73	106
«	0	94
»	127	80.1
«	327	65,5
»	527	67,4
«	727	71,8
»	927	76,1
Никель — Кованые	0-100	61-90
Мельхиор 50-45 (константан)	0-25	20
Ниобий (колумбий)	-73	52.6
«	0	53,3
»	127	55,2
«	327	58,2
»	527	61,3
»	727	64,4
«	927	67,5
Осмий	20	61
Палладий		75.5
Платина	-73	72,4
«	0	71,5
»	127	71,6
«	327	73,0
«	527	75,5
»	727	78,6
»	927	82,6
Плутоний	20	8.0
Калий	-73	104
«	0	104
»	127	52
Красная латунь	0-25	160
Рений	-73	51
«	0	48,6
»	127	46,1
«	327	44.2
«	527	44,1
»	727	44,6
«	927	45,7
Родий	-73	154
«	0	151
»	127	146
«	327	136
»	527	127
«	727	121
«	927	115
Рубидий	-73	58.9
«	0	58,3
Селен	20	0,52
Кремний	-73	264
»	0	168
«	127	98,9
»	327	61,9
«	527	42,2
»	727	31.2
«	927	25,7
Серебро	-73	403
»	0	428
«	127	420
«	327	405
»	527	389
«	727	374
»	927	358
Натрий	-73	138
«	0	135
Припой 50-50	0-25	50
Сталь — углерод, 0.5% C	20	54
Сталь — углеродистая, 1% C	20	43
Сталь — углеродистая, 1,5% C	20	36
«	400	36
«	122	33
Сталь — хром, 1% Cr	20	61
Сталь — хром, 5% Cr	20	40
Сталь — хром, 10% Cr	20	31
Сталь — хромоникель, 15% Cr, 10% Ni	20	19
Сталь — хромоникель, 20% Cr , 15% Ni	20	15.1
Сталь — Hastelloy B	20	10
Сталь — Hastelloy C	21	8,7
Сталь — никель, 10% Ni	20	26
Сталь — никель, 20% Ni	20	19
Сталь — никель, 40% Ni	20	10
Сталь — никель, 60% Ni	20	19
Сталь — хром никель, 80% никель, 15% никель	20	17
Сталь — хром никель, 40% никель, 15% никель	20	11.6
Сталь — марганец, 1% Mn	20	50
Сталь — нержавеющая, тип 304	20	14,4
Сталь — нержавеющая, тип 347	20	14,3
Сталь — вольфрам, 1% W	20	66
Сталь — деформируемый углерод	0	59
Тантал	-73	57.5
«	0	57,4
»	127	57,8
«	327	58,9
»	527	59,4
»	727	60,2
«	927	61
Торий	20	42
Олово	-73	73.3
«	0	68,2
»	127	62,2
Титан	-73	24,5
«	0	22,4
«	127	20,4
»	327	19,4
«	527	19,7
»	727	20.7
«	927	22
Вольфрам	-73	197
»	0	182
«	127	162
«	327	139
»	527	128
«	727	121
»	927	115
Уран	-73	25.1
«	0	27
»	127	29,6
«	327	34
»	527	38,8
»	727	43,9
«	927	49
Ванадий	-73	31,5
»	0	31.3
«	427	32,1
»	327	34,2
«	527	36,3
»	727	38,6
»	927	41,2
Цинк	-73	123
«	0	122
»	127	116
«	327	105
Цирконий	-73	25.2
«	0	23,2
»	127	21,6
«	327	20,7
»	527	21,6
»	727	23,7
«	927	25,7

Сплавы — температура и теплопроводность

Температура и теплопроводность для

• Hastelloy A
• Инконель
• Navarich
• Advance
• Монель

сплавы:

.

Точки плавления — точки замерзания

Документы с указанием точки плавления или замерзания элементов и различных видов химических веществ при различных условиях

Спирты и карбоновые кислоты — физические данные

Молочный вес, точка плавления и кипения, плотность, значения pKa, как а также количество атомов углерода и водорода в каждой молекуле даны для 150 различных спиртов и кислот

Сплавы металлов — точки плавления

Сплавы металлов и их точки плавления

Алюминий — точки плавления бинарных эвтектических сплавов

Al — Алюминий — бинарные эвтектические сплавы и точки плавления

Аммиак — теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства аммиака.Включена фазовая диаграмма.

Мышьяк — точки плавления бинарных эвтектических сплавов

As — Мышьяк — бинарные эвтектические сплавы и точки плавления

Бензол — теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства бензола, также называемого бензолом. Включена фазовая диаграмма.

Хлорид кальция и вода

Температура замерзания, плотность, удельная теплоемкость и динамическая вязкость хлористого кальция Водный охлаждающий агент

Диоксид углерода — теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства диоксида углерода.Включена фазовая диаграмма.

Медные бинарные эвтектические сплавы — точки плавления

Cu — Медь — бинарные эвтектические сплавы и точки плавления

Элементы — точки плавления

Точки плавления элементов

Элементы периодической системы

Элементы периодической системы с названия, символы, атомные номера и веса, точки плавления и кипения, плотность, электроотрицательность и сродство к электрону, а также электронная конфигурация

Этанол — теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства этанола (также называемого спиртом или этиловым спиртом).Включена фазовая диаграмма.

Этанол, защищенные от замораживания водные растворы

Температуры замерзания и вспышки водных растворов или рассолов на основе этанола

Этилен — теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства этилена, также называемого этеном, ацетеном и олефиантным газом. Включена фазовая диаграмма.

Точки замерзания и плавления обычных жидкостей

Обычные жидкости и их точки замерзания и плавления

Теплота плавления и испарения обычных материалов

Точки плавления, теплота плавления, точки кипения и тепло для испарения обычных веществ, таких как водород, вода , золото и многое другое..

Глицерин — точки кипения и замерзания

Точки кипения и замерзания водных растворов глицерина

Углеводороды — физические данные

Молочный вес, точка плавления и кипения, плотность, температура вспышки и температура самовоспламенения, а также количество атомов углерода и водорода в каждой молекуле даны для 200 различных углеводородов

Лед / вода — точки плавления при более высоком давлении

Онлайн-калькулятор, рисунки и таблицы, показывающие точки плавления льда по отношению к воде при давлениях от 0 до 29000 фунтов на квадратный дюйм (от 0 до 2000 бар абс.).Температура указывается в ° C, ° F, K и ° R.

Водные растворы на основе изопропанола (2-пропанола), защищенные от замерзания

Температуры замерзания и вспышки водных растворов или рассолов на основе изопропанола (2-пропанола)

Скрытая теплота плавления для некоторых распространенных материалов

Скрытая теплота плавления при переключении между твердое или жидкое состояние для обычных материалов, таких как алюминий, аммиак, глицерин, вода и др.

Точки плавления и кипения, плотности и растворимость неорганических соединений в воде

Физические константы для более чем 280 распространенных неорганических соединений.Плотность дана для фактического состояния при 25 ° C и для жидкой фазы при температуре плавления.

Температуры плавления и кипения — Теплота испарения и плавления обычных материалов

Температуры плавления и кипения, скрытая теплота испарения и теплота плавления обычных веществ, таких как медь, золото, свинец и др. — единицы СИ

Точка плавления на основе молекулярных вес

Расчет температуры плавления углеводородов по молекулярной массе (молярной массе)

Точки плавления углеводородов, спиртов и кислот

Температура плавления (° C и ° F) с переменным числом атомов углерода до C33

Точки плавления масел

Обычные масла животных или растений и их точки плавления

Метанол — защищенный от замерзания теплоноситель

Точки замерзания и вспышки для метанола или теплоносителей на основе метила или рассолов

Молибден — точки плавления бинарных эвтектических сплавов

Мо — молибден — бинарные эвтектические сплавы и температуры плавления

Азот — теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства азота — N ₂

Органические соединения азота — физические данные

Показаны точки кипения и плавления аминов, диаминов, пирролов, пиридинов, пиперидинов и пиперидинов вместе с их молекулярной структурой, а также молекулярным весом и плотностью.

Органические соединения серы — физические данные

Точки кипения и плавления нефтей, сульфидов, дисульфидов и тиофенов показаны вместе с молекулярными структурами, а также молекулярной массой и плотностью.

Пентан — теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства пентана, также называемого н-пентаном. Включена фазовая диаграмма.

Солевые гидраты — точки плавления и скрытая энергия

Точки плавления и скрытая энергия солевых гидратов

Серебро — Точки плавления бинарных эвтектических сплавов

Ag — серебро — бинарные эвтектические сплавы и точки плавления

Толуол — теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства толуола, также называемого метилбензолом, толуолом и фенилметаном.Включена фазовая диаграмма.

.

Теплота плавления и испарения обычных материалов

См. Также

Серная кислота2

0 475

Вещество (при 1 атм)	Точка плавления 1) — T м — (K)	Теплота плавления 2) — л f — (ккал / кг)	Точка кипения 3) — T b — (K)	Теплота испарения 4) — л v — (ккал / кг)
Алюминий	932	94.5	2740	2500
Висмут	544	12,5	1193	190
Бром	266	16	333	43
Медь	32,0	1460	1210
Этиловый спирт	159	24,9	351	205
Золото	1336	15.4	2933	377
Водород	13,8	14,0	20,3	108
Железо	1808	69,1	3023	1520
	5,9	2023	208
Литий	459	160	1609	511
Меркурий	234	2.7	630	70,0
Азот	63,3	6,1	77,3	48,0
Кислород	54,4	3,3	90,2	50,9
39	599	122
Вода	273,15	79,7	373,15	539
Цинк	693	24	1191

) Точка плавления твердого вещества — это температура, при которой оно меняет состояние с твердого на жидкое.

²⁾ Теплота плавления — это тепловая энергия, которая должна быть отобрана для затвердевания определенной массы или количества жидкости или добавлена ​​для плавления определенной массы или количества твердого вещества. Это также называется скрытой теплотой плавления или энтальпией плавления, а температура, при которой это происходит, называется точкой плавления.

^{3 )} Точка кипения вещества — это температура, при которой оно может переходить из жидкого состояния в газообразное во всем объеме жидкости.

⁴⁾ Теплота испарения описывает количество энергии в форме тепла, которое требуется для того, чтобы материал претерпел фазовый переход с текучей среды на газ.

• 1 ккал / кг = 1 кал / г = 4,1868 кДж / кг = 1,8 БТЕ / фунт _м

.

Зависимость размера и формы наночастиц нитрида галлия от температуры плавления.

Теоретически исследуется влияние изменения размера и формы на свойства плавления наночастиц нитрида галлия с их сферическими и цилиндрическими геометрическими особенностями. Исследованию посвящена численная термодинамическая модель. Было проведено сравнительное исследование двух форм в диапазоне от до диаметром 3 нм. Цилиндрические наночастицы GaN, температура плавления которых, как сообщается, снижается с уменьшением радиуса частиц, становятся больше, чем наночастицы сферической формы.Температура плавления, полученная в настоящем исследовании, соответствует функции радиуса кривизны.

1. Введение

Экспериментально и теоретически хорошо установлено, что температура плавления () наночастиц зависит от размера частиц [1–11]. Павлоу в 1909 году разработал термодинамическую модель, которая предсказывает точечную депрессию наночастиц в зависимости от их размера. Попытка подтвердить это экспериментально была впервые сделана Павловым [12] в 1910 году.Впоследствии другие исследователи исследовали изменение температуры плавления в зависимости от размера частиц [13–17].

Численная термодинамическая модель реализована для нашего исследования распределения температуры по отношению к другим размерам сферических и цилиндрических наночастиц нитрида галлия (GaN). В последнее десятилетие GaN интенсивно исследуется как экспериментально, так и теоретически [18–22]. Это полупроводник с широкой запрещенной зоной, который присутствует как в кристаллической структуре вюрцита, так и в структуре цинковой обманки.Все устройства, в настоящее время сконструированные для приложений, используют структуру вюрцита. Из-за широкой запрещенной зоны собственная концентрация носителей 𝑛𝑖 GaN практически равна нулю при = 300 K, а 𝑛𝑖 остается достаточно малой, чтобы оказывать незначительное влияние на работу большинства устройств до 𝑇≈1000 K. Это свойство делает этот материал с широкой запрещенной зоной пригодным для использования в условиях высоких температур. GaN — очень твердый, механически стабильный широкозонный полупроводниковый материал с высокой теплоемкостью и теплопроводностью [18].GaN может быть легирован кремнием (Si) или кислородом до n-типа и магнием (Mg) до p-типа [19]; однако атомы Si и Mg изменяют способ роста кристаллов GaN, создавая растягивающие напряжения и делая их хрупкими [20]. Соединения GaN также имеют тенденцию иметь высокую частоту пространственных дефектов, порядка от ста миллионов до десяти миллиардов дефектов на квадратный сантиметр. Кристаллическое качество GaN привело к открытию GaN p-типа [19], p-n-переходов синих / УФ-светодиодов [19] и излучения, стимулированного комнатной температурой.Очень высокое напряжение пробоя [21], высокая подвижность электронов и скорость насыщения GaN также сделали его идеальным кандидатом для мощных и высокотемпературных микроволновых приложений, о чем свидетельствует его высокая добротность Джонсона. Более того, MOSFET и MESFET транзисторы на основе GaN также предлагают много преимуществ в мощной электронике, особенно в автомобилях и электромобилях [22]. Нанотрубки из GaN предлагаются для применения в наноразмерной электронике, оптоэлектронике и приложениях для биохимических измерений.Они также используются в военной электронике, такой как радары с активной решеткой с электронным сканированием. Наночастица GaN в матрице BN путем нитридирования мочевиной имеет множество применений. Бионанотехнология — это использование биомолекул для применения в нанотехнологиях, включая использование вирусов.

В последнее время возрос интерес к наномасштабам, потому что наноструктуры широко распространены в природе и в современной промышленности. Мы показываем, что изменение свойств материала GaN в зависимости от его геометрического размера имеет долгую историю из-за его важности во многих областях.В физике и химии влияние размера частиц на плавление обсуждается с 1900-х годов, и этот эффект не ограничивается каким-либо конкретным материалом; скорее, это наблюдается в различных материалах из металлов и сплавов, а типичный диапазон размеров, в котором температура плавления претерпевает большое изменение в диапазоне 5–100 нм [23–31]. Многие явления в физике твердого тела и материаловедении также имеют размерную зависимость. Например, упругие постоянные нанопроволок Ag и Pb диаметром 30 нм почти вдвое выше, чем у массивных металлов [32].Такое увеличение жесткости не может быть объяснено структурными изменениями материалов, поскольку уменьшение размеров твердых тел в наномасштабе также приводит к изменению их режима разрушения.

Таким образом, когда размер хрупких частиц карбоната кальция уменьшается до критического значения 850 нм [33, 34], частицы ведут себя так, как если бы они были пластичными. Размерная зависимость температуры плавления в наномасштабе имеет огромное значение для получения нанокристаллов и термической стабильности квантовых точек.По этой размерной зависимости накоплен большой объем данных, и для ее объяснения предложен ряд теоретических моделей. Термодинамически температура плавления наночастиц описывается тремя моделями: (1) гомогенное плавление и рост, (2) зарождение жидкой оболочки и (3) зарождение и рост жидкости. Все три модели предсказывают температуру плавления в зависимости от размера.

Температура плавления наночастиц будет различной в зависимости от формы, если принять во внимание радиус кривизны наночастиц; особенно размер частицы упоминается в отношении ее радиуса кривизны.Таким образом, незаменимый курс действий для учета размера частиц — это разработка моделей температуры плавления наночастиц. В настоящей работе радиус кривизны рассматривается для учета разницы в форме частиц и разработки модели для цилиндрических наночастиц. В соответствии с соотношением между температурой плавления и радиусом кривизны наночастиц разработано выражение (15) для температуры плавления наночастиц в зависимости от размера и формы.Теоретическое предсказание этого выражения для температуры плавления наночастиц GaN сравнивается между сферическими и цилиндрическими формами.

2. Модель расчета

2.1. Расчет поверхностной энергии

Известно, что полная поверхностная энергия, участвующая в любом гетерогенном зародышеобразовании, дается астрономической поверхностной энергией = свободной поверхностной энергией + межфазной энергией + энергией субстрата. (1)

Предполагается, что геометрия гетерогенной нуклеации является цилиндрической формованная частица.Таким образом, уравнение можно записать как Γ = 2𝜋𝑅𝐻𝛾𝑠𝛾 + 𝜋𝐻 (2𝑅 − 𝐻) 𝑠𝑏 − 𝛾𝑏 + Γ𝑏, (2) где 𝑅, 𝐻 — радиус и высота цилиндрической наночастицы на подложке, 𝛾𝑠 — поверхностная энергия границы раздела твердого тела и пара, 𝛾𝑏 — поверхностная энергия голой подложки, 𝛾𝑠𝑏 — межфазная энергия между твердым телом и подложкой. Γ𝑏 — полная энергия подложки.

Теперь (2) можно минимизировать, используя условие Γ + 𝜕𝑅𝜕Γ𝜕𝐻 = 0. (3) Чтобы найти связь между и, подставив (2) в (3), получим = Δ𝛾𝑠𝑏𝛾𝑠𝑅, (4) где Δ𝛾𝑠𝑏 — параметр, называемый параметром смачивания или растекания, который определяется выражением Δ𝛾𝑠𝑏 = 𝛾𝑏 − 𝛾𝑠 − 𝛾𝑠𝑏.(5)

Величина параметра смачивания или растекания (Δ𝛾𝑠𝑏) используется для определения того, имеет ли место плавление поверхности в данной подложке. Если величина параметра растекания положительна, то есть Δ𝛾𝑠𝑏> 0, то существует возможность смачивания подложки, а если она отрицательная, то есть Δ𝛾𝑠𝑏 <0, то имеет место плавление поверхности.

В случае нанопленок свободная поверхностная энергия твердого тела всегда выше, чем плотность энергии голой подложки, таким образом, Δ𝛾𝑠𝑏 всегда меньше нуля и является отрицательным.Из (5) ясно видно, что если Δ𝛾𝑠𝑏 отрицательно, то также отрицательно, а это невозможно. Таким образом, чтобы 𝐻 оставалось положительным, в (4) включен отрицательный знак, т. Е. 𝐻 = −Δ𝛾𝑠𝑏𝛾𝑠𝑅. (6) Подставляя значение 𝐻 (высота сферической наночастицы на подложке) в (3), получаем Γ ∗ = 2𝜋𝛾𝑠𝑎𝑅𝑠𝑎2 + Γ𝑏. (7)

𝑅 ∗ 𝑠 — соответствующий радиус кривизны сферической наночастицы на подложке. , и задается формулой ∗ 𝑠 = 121 / 32𝛾𝑠Δ𝛾𝑠𝑏2 / 3𝑎3 + Δ𝛾𝑠𝑏 / 𝛾𝑠1 / 3, (8) где Γ ∗ — равновесная поверхностная энергия, а 𝑅 ∗ 𝑠 — соответствующий радиус кривизны твердых сферических наночастиц нитрида галлия (GaN) на носителе [35], и он определяется как ∗ 𝑠 = 𝐿𝐺⎛⎜⎜⎜⎝𝛿1 −4𝛾2𝑠𝜋23𝑟4𝛾2𝑠𝜋2 + 𝛾𝑏 − 𝛾𝑠 − 𝛾𝑠𝑏23⎞⎟⎟⎟⎠, (9) где 𝐿𝐺 — скрытая теплота плавления материала GaN, 𝛿 — подгоночный параметр и является мерой твердой оболочки GaN.

Аналогично, соответствующий радиус кривизны наночастицы GaN с жидкой пленкой, окружающей твердое тело [35] 𝑅 ∗ 𝑙, задается как ∗ 𝑙 = 𝐿𝐺⎛⎜⎜⎜⎝𝛿1−4𝛾2𝑙𝜋23𝑟4𝛾2𝑙𝜋2 + 𝛾𝑏 − 𝛾𝑙 − 𝛾𝑙𝑏23⎞⎟⎟⎟⎠, (10) где 𝛾𝑙 — свободная поверхностная энергия границы раздела жидкость-пар, а 𝛾𝑙𝑏 — межфазная энергия между жидкостью и подложкой. Основная формула для радиуса кривизны цилиндрической наночастицы, которая используется в приведенном выше выражении, прилагается в Приложении [35].

2.2. Расчет точки плавления

Выражение для плавления наночастиц может быть получено с использованием плотности свободной энергии твердого тела и жидкости. Выражение плотности свободной энергии для твердого тела (𝐹𝑠) и соответствующей жидкости (𝐹𝑙) имеет следующий вид [36]: 𝐹𝑠 = 43𝜋𝑎3𝜌𝑓𝑠 + 4𝜋𝑎3𝜌𝛾𝑠𝑅 ∗ 𝑠, 𝐹𝑙 = 43𝜋𝑎3𝜌𝑓𝑙 + 4𝜋𝑎3𝜌𝛾𝑙𝑅 ∗ 𝑙, (11) где 𝑎 — радиус плавления наночастицы, 𝑓𝑠 — поверхностная энергия твердого тела, а 𝑓𝑙 — поверхностная энергия жидкости. Теперь разность свободных энергий (Δ𝐹) вычисляется как Δ𝐹 = 𝐹𝑠 − 𝐹𝑙, 4Δ𝐹 = 3𝜋𝑎3𝜌𝑓𝑠 − 𝑓𝑙𝛾 + 3𝑠𝑅 ∗ 𝑠 − 𝛾𝑙𝑅 ∗ 𝑙. (12) Уже известно, что − 𝑓𝑠𝑇 = 𝜌𝐿1 − 𝑇𝑐, (13) где 𝜌 — плотность материалов, 𝐿 — скрытая теплота материала, 𝑇𝑐 — объемная температура плавления, а 𝑇 — температура плавления наноматериала как функция размера. В точке плавления разность свободных энергий равна нулю, то есть Δ𝐹 = 0. Подставляя указанные выше два уравнения, получаем = 𝑇𝑐21 − 𝛾𝜌𝐿𝑠𝑅 ∗ 𝑠 − 𝛾𝑙𝑅 ∗ 𝑙. (14) Если 𝑅 ∗ 𝑠 = 𝑅 ∗ 𝑙 = 𝑅 ∗, то есть если плавления поверхности не происходит, то 𝑇𝑚 = 𝑇fr

.