חנקן נוזלי

[Nizan 16]

../images/Emo115.gifחנקן נוזלי

באמצעות ריסוס או הטבלה בחנקן נוזלי אפשר לרסק עצמים קשיחים בקלות, אפילו מתכות חזקות. כיצד פעולת הקירור תורמת לפירוק של החומר (ברמת המיקרו)? נגיד שאני משתמש בתרסיס המכיל חנקן נוזלי, מה תהיה הטמפרטורה של החומר וסביבתו בשניות הראשונות של המגע עם האוויר? (אני כמעט בטוח שלא 200- אבל תקנו אותי אם אני טועה).

 

[מאט 2]

עבור כל המתכות ככל שיורדים בטמפ'

כך יורדת האנרגיה לשבר. בחלק מהמתכות הירידה הזו היא מתונה ולינארית לאורך כל תחום הטמפ' הקיים. במתכות בעלות מבנה BCC: Body-Centered Cubic יש ירידה חריפה מאוד באנרגיה לשבר בתחום טמפ' צר. במילים אחרות, החומר הופך ממשיך לפריך מתחת לטמפ' מסויימת (בדר"כ מדובר באזור הטמפ' של 50- עד 100- אם אני לא טועה) ולכן ניתן לנפץ אותו על הארץ כאילו היה זכוכית . טמפ' זו נקראת טמפ' מעבר משיך-פריך. דוגמאות למתכות במבנה BCC: כרום, מנגן, ברזל, מוליבדן טונגסטן ועוד.

 

[Nizan 16]

../images/Emo115.gifזה נשמע לי כמו תיאור לפולימרים

בפולימרים קיימת טמפרטורת Tg שמעליה הפולימר רך ופלסטי ואילו מתחתיה הוא שביר ופריך, קל לראות שיש דימיון רב למה שתיארת שקורה למתכות. אשמח אם תיתן לי קצת מידע על הירידה באנרגיית השבר למתכות עיקריות בחיי היום-יום (למשל ברזל, פלדה, אלומיניום). וכן, מה קורה כאשר לא מדובר במתכות?

 

[מאט 2]

אני מניח שהדבר נכון לכל החומרים

המעבר משיך פריך - כלומר השינוי החד באנרגיה לשבר בתחום טמפ' צר אופייני למתכות BCC. הירידה המתונה והטבעית באנרגיה לשבר עם הטמפ' מתקיימת עבור שאר המתכות ושאר החומרים האחרים. באינטואיציה שלי - ככל שהטמפ' נמוכה יותר כך המוביליות של האטומים נמוכה יותר והאלסטיות של הקשרים ביניהם גם היא נמוכה יותר - כלומר אם תפעיל מאמץ על חומר בטמפ' נמוכה התחום שבו הוא מסוגל לשנות מימדים (עיבור שלילי או חיובי) מתקצר משמעותית ולכן נקודת הכשל תגיע מוקדם יותר - במאמץ נמוך יותר. זה לגבי התחום האלסטי - בטמפ' נמוכות גם התחום הפלסטי כמעט ונעלם, הרי פלסטיות נמדדת בתנועת דפקטים בחומר ובפרט נקעים. בטמפ' האלו גם המוביליות של אלו מתמזערת. אפשר להוסיף לזה את העובדה שכמות הנקעים בחומר בעת קירור מהיר גדולה יותר מאשר בעת קירור הדרגתי כיוון שכאילו הקפאנו את המצב ששרר בטמפ' החדר (ככל שהטמפ' עולה כך כמות הדפקטים עולה) וכמות רבה יותר שלהם מעלה את הסיכוי להסתבכות שלהם אחד בשני בעת הפעלת מאמץ - דבר שגורם להעלאת חוזק הכניעה וקושי החומר מחד אך גם לירידה באנרגיה לשבר ולפריכות. לגבי הירידה באנרגיה לשבר עבור מתכות ביומיום אני אנסה לחפש חומר מחר. לילה טוב

 

[סטיב הקלידן]

ייתכן שמה שנכתב מעליי אכן קשור,

אבל לא מדובר רק על מתכות(אפשר לשבור ככה גם חומרים לא מתכתיים) ומשום מה אני חושב (ייתכן שאני טועה!) שהעניין אחר: קירור בחנקן נוזלי הוא למעשה קירור מהיר, להבדיל מהדרגתי, איטי ומתון. בקירור זה (איטי) יש זמן לחלקיקים (יונים, מולקולות, מה שלא יהיה) להתארגן מחדש בצורתם המאורגנת והגבישית וכמובן שבתהליך זה אנרגה משתחררת מהחומר. בקירור מהיר אני מעריך (או שמא שמעתי פעם את ההסבר הזה, לא בטוח) שקצב יציאת האנרגיה כה מהיר כך שהחלקיקים לא מספיקים בטמפרטורה הנתונה (עם כמות האנרגיה הרלוונטית) "להתארגן על עצמם" ב"מקום הרגיל" בו הם היו אמורים להיות אם זה היה מוצק שמתקבל בקירור איטי. הבעייתיות שבמיקומם גורמת לשברים מיקרוסקופיים (הקשירה, ברמה הכימית והבין מולקולרית - וד"ו, קשרים יונים,מתכתיים וכו' נחלשת) וכך החומר נעשה "פריך" ושביר יותר. אני מציג את ההסבר הנ"ל בערבון מוגבל למרות שאיפשהוא, אינטואיטיבית הוא נמצא לי בראש.

 

[Nizan 16]

../images/Emo115.gifאבל אם מדובר בחומר שהוא כבר מוצק?

התופעה שתיארת מוכרת לי, למשל ביצירת קרח אם הקירור איטי מאוד והדרגתי במקום הקרח הלבן שמוכר לנו ייוצר גביש קרח שקוף. אבל התהליך הזה מתייחס למעבר בין מצבי צבירה (נוזל למוצק), אני לא רואה איך זה משפיע כאשר החומר כבר נמצא במצב מוצק וכל החלקיקים שלו כבר מסודרים במבנה הגבישי המסודר.

 

[סטיב הקלידן]

אולי (ורק אולי,כאמור)

גם למוצקים מסויימים יש מספר פאזות בתור מוצקים, כמו מה שתיארת לעיל עם הפולימרים. לא הכי משכנע אולי,אבל זה מה שיש לי להציע עד שמישהו שבאמת יודע ישפוך את משנתו פה.

 

[Nizan 16]

../images/Emo115.gifתודה לבינתיים

למישהו יש תשובה על שאלת הטמפרטורה?

 

[DIKZ]

חנקן \ טמפרטורות

שלום ניצן בנוסף לתשובות המחכימות שלמעלה, הנה עוד תוספות קטנות אחדות: חנקן נוזלי נשמר במקרים רבים בסביבות מינוס 200 צלזיוס, כפי שרמזת. אין שום סיכוי שמתכת ( מוליכת חום ) או כל גוף אחר ,יגיע לטמפ. זו בעת התזת החנקן, שכן איבודי החום ( קור , במקרה זה ) לסביבה הם מאד משמעותיים. ---------------------------- בתעשיה "נהוג" לקרר גופים המיועדים לגריסה - ריסוק, בטמפ. נמוכות בטווח טמפ. של- צמיגים ישנים המיועדים למיחזור , במתקנים מיוחדים, בטמפ. של ~ מינוס 80 צלזיוס במתכות המיועדות לריסוק בשיטה דומה, הטמפ. המקובלת היא ~ מינוס 120 צלזיוס. ========================= עבודות שבוצעו על פלדות אל-חלד לדוגמה , ועל אחרות, מצביעות על שינוי תכונות מכניות ( ~ ראולוגיות ) של המתכות בקירור. ככל שמהירות הקרור מהירה יותר, השינוי בתכונות חד יותר. "קרור מהיר" , נחשב ,לפחות לפי חלק מהמקורות, כקרור של 5 מעלות לשניה. התכונות העוברות שינוי משמעותי הן: קושי, חוזק, שבירות ( פריכות ) ועוד. ---------------------------------- במתכות , "התאוריות" דנות בין השאר - בשינוי בגודל הגרעינים וגם גידול בהטרוגניות של הפאזות המוצקות במתכת. בפולימרים, הקרור החד והמהיר גורם לפי חלק "מהתאוריות" ל קריסטליזציה , יצירת הצטלבויות משניות , אי סדר מסוים בפולימרים לא לינארים וכו'. בכל המקרים הללו העובדה \ תוצאה היא קשיחות ושבירות הפולימר. ---------------------------- שאלה כבדה { קרה } העלת. בהצלחה , dikz

 

[Nizan 16]

../images/Emo115.gifתודה רבה על התשובה המעמיקה