顆粒粗化（particle coarsening）又稱奧斯特瓦爾德熟化（Ostwald ripening）。當從母相析出新相的數量和成分已達到平衡相圖給定值，即相變的化學驅動力已下降為零，正比於新相體積的彈性能也不再變化，由於新相一母相間界面能的驅動，新相中較大顆粒吞併較小顆粒，使新相組織變得粗大的過程。
基本介紹
- 中文名：顆粒粗化
- 外文名：particle coarsening
- 別稱：奧斯特瓦爾德熟化
- 別稱英文：Ostwald ripening
- 拼音：kē lì cū huà
- 所屬學科：化學
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定義舉例
不同相變系統，粗化特徵不相同。屬彌散沉澱相的粗化。沉澱相在系統中分數很低，分布彌散，相互間距離比沉澱顆粒尺寸大得多。以球狀沉澱顆粒為例，粗化過程如下圖所示：設有兩半徑分別為r1、r2的球體，r1〉r2，由於小顆粒單位體積變化引起的界面積的變化大於大顆粒；從化學位角度看，顆粒半徑越小，化學位越高，越不穩定。按Gibbs—Thomson定理，小顆粒周圍母相中溶質原子濃度高於大顆粒，兩顆粒間出現溶質濃度梯度，如圖所示。溶質原子由小顆粒附近向大顆粒擴散，小顆粒因而不斷收縮，大顆粒不斷長大，直至小顆粒完全消失。
粗化示意圖
粗化示意圖特點
顆粒粗化(ostwald ripening)與第二相的數量(甚至成分)不斷增加、相變驅動力為化學自由能差的形核長大以及調幅分解均不相同，顆粒粗化的特點是：
①從析出講，析出新相的數量已符合平衡相圖槓桿定律的要求，新相的總量已不再變化。
②從驅動力講，由於新相的總量不再變化，因此化學驅動力已等於零；可近似地認為彈性應變能正比於新相體積，因此，彈性應變能在顆粒粗化過程中也不再改變；所能改變的只有新相與母相間的界面能，它正是顆粒粗化的驅動力，通過縮小總界面，減少界面能來實現顆粒粗化。
③從過程講，是在新相總量始終不變的前提下，大顆粒不斷長大，小顆粒不斷縮小以致消失。同時，新相長大、縮小及消失的過程都要通過母相來進行。
粗化一般公式
一般情況下顆粒粗化的式子可以表達為：dn=d0n+αGt
式中，d0是在1=0時刻d（顆粒尺寸）的值；G是物質傳輸的參數；α是取決於顆粒幾何的量綱為1的係數。指數n的值：當黏性流動時，n=1；界面控制時，n=2；粗化過程在所有相都是體積擴散時，n=3；界面擴散時，n=4；管道(例如沿位錯)擴散時，n=5。
粗化過程
在固態材料中形成大小不同的析出相顆粒後，會發生顆粒的長大。根據Gibbs—Thompson定律，大顆粒周圍母相的溶質濃度較低，小顆粒周圍濃度較高，則在母相中出現濃度梯度。小顆粒周圍的溶質原子要向大顆粒周圍擴散，使得小顆粒周圍的溶質濃度變小，而大顆粒周圍的溶質濃度變大，破壞了析出相顆粒與母相界面的溶質濃度平衡關係。為了保持平衡，小顆粒要溶解以提高周圍的溶質濃度，大顆粒則要長大以降低周圍的溶質濃度。如此反覆，使得小顆粒發生了溶解，大顆粒發生了粗化。
顆粒粗化過程實質是溶質原子從小顆粒溶解到基體中，並通過基體向大顆粒擴散，結果使小顆粒不斷縮小、大顆粒不斷增大。通過分析溶質原子在母相中的擴散，可以求出顆粒粗化速率。顆粒長大（粗化）速率可從流進界（球）面的擴散流求得。
