Собственным расплавом

Отдельные слагаемые правой части уравнения (3.40) имеют следующий смысл. Первое слагаемое - J\(Z, p.) характеризует уменьшение потока вдоль оси вследствие его поглощения и рассеяния. Второе учитывает приращение лучистой энергии, вызванное собственным излучением среды. Последнее слагаемое выражает увеличение потока излучения вдоль оси, обусловленное излучением, падающим на точку со всех направлений сферического пространства и рассеиваемым средой в направлении оси.

В том случае, когда собственным излучением матрицы можно пренебречь, уравнение переноса излучения (3.40) не связано с системой (3.38) и его можно решить отдельно. В ходе такого решения в работе [ 23] получено аналитическое выражение для изменения плотности потока излучения поперек поглощающего и рассеивающего слоя в виде простой экспоненциальной функции

наряду с собственным излучением и излучение, поглощаемое телом из окружающей среды Д?Пад- Для другого случая, когда Г>Гокр

Результирующее излучение ?рез представляет собой разность между собственным излучением тела и той частью падающего внешнего излучения EZ, которая поглощается данным телом; последняя равна A\EZ. Таким образом,

Соотношение между поглощением и собственным излучением энергии в объеме газа может быть различным. В зависимости от этого интенсивность излучения по мере прохождения газового слоя может либо возрастать, либо уменьшаться, либо оставаться неизменной. Рассмотрим характерные черты таких процессов на примере плоского слоя поглощающего газа.

Результирующее излучение Ерез представляет собой разность между собственным излучением тела и той частью падающего внешнего излучения Е2, которая поглощается данным телом, последняя равна АгЕ^. Таким образом:

Закон Кирхгофа. Закон Кирхгофа устанавливает связь между собственным излучением тела и его поглощательной способностью. Эту связь можно получить из рассмотрения лучистого обмена между двумя поверхностями. Пусть имеются две поверхности, одна из которых — абсолютно черная. Расположены они параллельно и на таком близком расстоянии, что излучение каждой из них обязательно попадает на другую. Температуры, собственное

Соотношение между поглощением и собственным излучением энергии в объеме газа может быть различным. В зависимости от

При бесконтактных измерениях температуры объектов с гшмощью пирометров необходимо учитывать, что наряду с собственным излучением объекта в объектив пирометра попадает также отраженное от визируемой площадки излучение посторонних тепловых источников: солнца, электрической дуги, стенок нагретой печи и т. д.

Сумма спонтанного и .индуцированного испускания определяет полное количество испускаемой веществом электромагнитной энергии и называется собственным излучением.

г) Характеристики излучения поверхности, закон Ламберта. При изучении процессов радиационного теплообмена приходится иметь дело не только с объемным излучением среды, но и с излучением поверхности различных тел, входящих в излучающую систему. Физически поверхность тела есть не что иное как граница раздела двух сред, имеющих различные оптические свойства. При этом, естественно, излучает не сама геометрическая поверхность, а частицы вещества, находящиеся с другой стороны границы раздела. Электромагнитная энергия, испускаемая частицами тела в направлении границы раздела, проходящая через эту границу и распространяющаяся в граничащей с ним среде, называется собственным излучением рассматриваемого тела. Все количественные характеристики собственного излучения тела относят к единице его поверхности.

В предыдущих исследованиях [11, 12] было установлено, что растущий кристалл не полностью смачивается чистым собственным расплавом при температуре, близкой к температуре плавления: краевой угол в > О (однокомпонентная система). Тем более неполной смачиваемости можно ожидать, когда химические составы равновесных при данной температуре жидкой и твердой фаз различны, т. е. при кристаллизации двух- и многокомпонентных сплавов. Равновесные составы контактирующих фаз изменяются с температурой, меняется, очевидно, и степень смачиваемости в системе.

Смачиваемость повышается, в понижается с увеличением равновесной концентрации твердой фазы в расплаве (и ростом температуры). Эвтектический расплав в системах Аи — Si и Аи — Ge смачивает твердые фазы •—золотой кремний, золото и германий — по-разному: кремний и германий смачиваются хуже (рис. 9). Экстраполируя полученные экспериментальные кривые на температуру плавления и 100%-ную концентрацию чистого компонента (золота— 1063° С, кремния — 1430° С, германия — 936° С) были определены краевые углы смачивания Аи, Si и Ge собственным расплавом. Эти углы не нулевые и равны соответственно 7, 14 и 15°.

Используя данные Тернбалла [26] по межфазному натяжению атж в системах Аитв — Аиж (132 эрг/см2) и GeTB — Оеж; (181 эрг/см2), значение краевых углов смачивания золота собственным расплавом (7°) и германия собственным расплавом (15°), можно определить поверхностное натяжение твердой фазы золота и германия при температуре фазового перехода (соответственно 1238 и 795 эрг/см2), а из соотношения отг/ажг — коэффициент перехода от поверхностного натяжения твердой фазы к поверхностному натяжению расплава. В случае германия он равен 1,24, а золота— 1,11. По теоретическим расчетам Л. М. Щербакова [22], коэффициент перехода составляет 1,07; С. Н. Задумкина [8] — 1,15; Тейлора [27] — 1,3.

Как видно из рис. 6, 9, при введении в кремний (германий) золота поверхностное (граница жидкий сплав — газ) и межфазное (граница жидкий сплав — твердый кристалл) натяжения меняются незначительно (слабое увеличение натяжения), т. е. золото не адсорбируется на обеих межфазных границах, в то время как германий или кремний, добавленные к золоту, резко уменьшают поверхностное и увеличивают межфазное натяжение. Такой ход кривых можно объяснить следующим образом. Обе границы являются местом, где атомы жидкой фазы имеют недостаток соседей по сравнению с объемом твердой и жидкой фаз. Это положение, очевидное для границы жидкость — газ, нуждается в обосновании для границы кристалл — собственный расплав. Так как смачиваемость чистой твердой фазы собственным расплавом неполная (вз;т_5!ж = == 14°; в0ет_оеж = 15°; вАит-Аиж = 7°), работа адгезии жидкой фазы к твердой фазе того же вещества меньше работы когезии в жидкости (и в твердой фазе), что, по-видимому, нельзя объяснить иначе, как наличием некоторой дополнительной разупорядоченности структуры на границе раздела (по сравнению с объемом жидкой фазы). Таким образом, на межфазной границе кристалла со своим расплавом среднее координационное число должно быть меньше, чем в жидкой фазе. Атомы поверхностно-активного компонента должны адсорбироваться на обеих границах (на границе раздела с газом адсорбция должна быть, очевидно, выше), изменяя межфазное натяжение.

Краевые углы смачиваемости некоторых твердых тел собственным расплавом

Для однородного температурного поля эта область приблизительно статистически симметрична. При наличии температурного градиента она вытянута в направлении перепада температур — вытянутый след (рис. 4, см. вклейку). Такой характер плавления, несомненно, должен быть связан с неполной смачиваемостью твердого тела собственным расплавом, найденной нами для исследуемых веществ ранее [2—3]. Краевые углы смачиваемости достаточно велики и составляют 14 -т- 43° (см. таблицу). Краевые углы капель, видимых при плавлении под микроскопом, примерно соответствуют этим значениям.

Образование сплошной пленки расплава, покрывающей твердую фазу, не наблюдалось. Полученные экспериментальные данные рассматриваются в соответствии с данными о неполном смачивании (в > 0) изученных твердых поверхностей собственным расплавом и, несомненно, свидетельствуют о поверхностном характере процесса плавления.

Ранее [1] была установлена неполная и различная для разных граней смачиваемость монокристалла салола собственным расплавом в условиях оттекания жидкости с твердой поверхности, т. е. в условиях, исключающих влияние гистерезисных явлений в сторону повышения измеряемого краевого угла. Изучение смачиваемости различных граней монокристалла своим расплавом необходимо для понимания и управления процессами роста кристаллов.

Рис. 1. Монокристаллы тимола с обозначением плоскостей, смачиваемость которых собственным расплавом изучалась в работе.

Рис. 2. Монокристалл бен-зофенона с обозначением плоскостей, смачиваемость которых собственным расплавом изучалась в работе.

В настоящей работе изучалась смачиваемость собственным расплавом различных граней монокристаллов тимола и бензофенона. Эксперименты проводились в условиях оттекания жидкости с твердой поверхности. В качестве исследуемых веществ были выбраны тимол (3-окси-л-цимол) и бензофенон (дифенилкетон) как удобные для работы (прозрачность расплава, невысокая температура плавления — 49 и 47° С соответственно). Использовался тимол и бензофенон марки ч. д. а.