اوتکتیک

دمای ذوب یک مخلوط، شامل دو یا تعداد بیشتری از جامدات، همانند آلیاژ، به نسبت اعضایشان بستگی دارد.

یک اوتکتیک یا ترکیب اوتکتیک ترکیب درصدی است که در آن دمای ذوب به کمترین مقدار خود می‌رسد. علاوه بر آن تمامی اجزا – در محلول ذوب شده – در این دما، به طور همزمان شروع به کریستال شدن می‌کنند. چنین پدیده‌ای (شکل گرفتن هم زمان کریستال‌ها در یک مخلوط اوتکتیک) واکنش اوتکیک، دمایی که این پدیده در آن دما اتفاق می‌افتد دمای اوتکتیک و ترکیب درصد در دمای اوتکتیک، نقطه اوتکتیک نامیده می‌شود.

این اصطلاح از یک واژه یونانی گرفته شده که به معنای «زود ذوب شونده» است.

نمودار فازی تعادلی همان طور که در شکل نشان داده شده‌است یک سیستم دو جزئی(AوB)- که به هم وابسته اند- و محور عمودی دما را نشان می‌دهد.

نمودار فازی تعادلی برای یک سیستم دو جزئی.نقطه اوتکتیک نقطه ایست که فاز مایع L مسقیما با فاز جامد α + β هم مرز می‌شود

نقطه اوتکتیک – در نمودار- نقطه ایست که فاز مایع L مسقیما با فاز جامد α + β هم مرز می‌شود، (فاز α + β یک مخلوط جامد همگن است که هم شامل A هست و هم شامل B) که این کمترین دمای ذوبی را نشان می‌دهد که هر آلیاژی از A و B می‌تواند داشته باشد.

البته همه سیستم‌های دوتایی اجازه تشکیل نقطه اوتکتیک را نمی‌دهند: آنهایی که در همه نسبتها یک محلول جامد تشکیل می‌دهند، مانند یک سیستم طلا- نقره، نقطه اوتکتیک ندارند. یک سیستم آلیاژی که اوتکتیک داشته باشد را معمولاً با عنوان سیستم اوتکتیک یا آلیاژ اوتکتیک بیان می‌کنند.

محصولات جامد حاصل یک واکنش اوتکتیک معمولاً می‌توانند با ساختار لایه لایه خود شناسایی شوند، بر خلاف ساختارهای درختی که معمولاً از واکنش‌های غیر اوتکتیک بدست می‌آیند. همان شرایطی که ماده را به تشکیل ساختار لایه‌ای سوق می‌دهد می‌تواند منجر به تشکیل یک جامد متخلخل شود البته در صورتی که تحت پرس بسیار شدیدی قرار بگیرند.

اوتکتیک‌های فلزی

این اصطلاح معمولاً در متالورژی به کار می‌رود که آلیاژ دو یا چند تایی ای را توصیف می‌کند که غلظت‌های وابسته‌ای همانطور که در بخش اوتکتیک توضیح داده شد را دارا هستند. هنگامی که یک آلیاژ غیر اوتکتیک فریز می‌شود اجزای آن در دماهای مختلف کریستال می‌شوند؛ همانطور که در مورد پلاستیک‌ها هم یک محدوده دمایی ذوب وجود دارد. یک آلیاژ اوتکتیک در یک دمای منحصربه‌فرد فریز می‌شود. تغییر فازی که هنگام فریز کردن یک آلیاژ رخ می‌دهد را می‌توان با کشیدن یک خط عمودی از فاز مایع تا فاز جامد روی نمودار فازی نشان داد.

برخی استفاده‌های اوتکتیک:

• آلیاژهای اوتکتیک برای لحیم کاری و جوش کاری، تشکیل شده از قلع (Sn) سرب (Pb) و گاهی اوقات نقره (Ag) یا طلا (Au).
• آلیاژهای ریخته گری، مانند آلمینیوم- سیلیکون و چدن (در کاربرد برای ساختن آستنیت-فولاد اوتکتیک در سیستم آهن-کربن)
• اتصال و جوش دادن، در جایی که نفوذ می‌تواند عوامل آلیاژ کننده را از محل اتصالات از بین ببرد؛ پس در این حالت ذوب اوتکتیک تنها راه سریع تر کردن عمل اتصال است.
• عکس العمل دمایی، مانند Wood's metal و Field's metal برای اطفاء حریق.
• جایگزین‌های غیر سمی برای جیوه مثل galinstan.
• عینک‌های فلزی آزمایشگاهی با استحکام بسیار بالا و مقاوم در برابر خوردگی.
• آلیاژهای اوتکتیک سدیم و پتاسیم (NaK) که دردمای اتاق مایع هستند و به عنوان سردکننده در واکنش‌های سریع هسته‌ای نوترون به کار می‌رود.

ترکیب‌های اوتکتیک دیگر

نمک سدیم کلراید و آب یک ترکیب اوتکتیک تشکیل می‌دهند که نقطه اوتکتیک آن −۲۱٫۲ C و حاوی ۲۳٫۳٪ وزنی نمک طعام می‌باشد. طبیعت اوتکتیک نمک و آب هنگامی خودش را نشان می‌دهدکه نمک را برای پاک کردن برف روی جاده‌ها می‌ریزند. یا با یخ مخلوط می‌شود تا محصولی با دمای کمتر تشکیل دهند (به عنوان مثال در صنعت بستنی سازی)

لیدوکائین و پریلوکائین (دو ماده بی حس کننده موضی)، هر دو در دمای اتاق جامد هستند و تشکیل اوتکتیکی روغنی می‌دهند با دمای ذوب ۱۶°C که در تهیه EMLA (مخلوط اوتکتیک برای بی حسی موضعی) به کار گرفته می‌شود.

مواد معدنی ممکن است که در ترکیب با سنگ‌های آتش فشانی تشکیل یک ترکیب اوتکتیک بدهند، که منجر می‌شود به مشخصهٔ بافت‌های درون رشد مانند آنچه در گرانوفیر رخ می‌دهد.

بعضی جوهرها ترکیبات اوتکتیکی هستند، مانند پرینترهای جوهرافشان تا در دمای پایین تری عمل کنند.

نقاط بحرانی دیگر

اوتکتوید

وقتی که محلول بالای نقطه انتقال، به جای مایع، جامد باشد (در نمودار فازی) انتقال مشابهی خواهیم داشت که اوتکتوید نامیده می‌شود. مثلا در سیستم آهن-کربن، فاز آستنیت می‌تواند به وسیله یک انتقال اوتکتوید، هیدروکسید آهن و چدن (کربور آهن) تولید کند؛ که ساختار لایه لایه‌ای مثل پرلیت و بینیت خواهند داشت: این نقطه اوتکتوید در دمای ۷۲۷°C (۱۳۴۰٫۶ °F) و در ترکیب درصد ۰٫۸۳٪ کربن اتفاق می‌افتد؛ آلیاژهای نزدیک به این ترکیب درصد، فولاد با کربن زیاد (high-carbon steel) و آنهایی که کربن کمتری دارند فولاد نرم (mild steel) نامیده می‌شوند. فرایند مشابهی هم در تشکیل شیشه در این سیستم وجود دارد که استحاله مارتنزیتی نامیده می‌شود.

پریتکتیک

نمودار فازی آهن - کربن، که انتقال اوتکتوید را بین آستنیت (Y) و آلیاژ آهن کربن نمایش می‌دهد

انتقال پریتکتیک هم شبیه واکنش اوتکتیک است. در این حالت، یک فاز مایع و جامد در نسبت‌های ثابت و در یک دمای ثابت با هم واکنش می‌دهند و نتیجه آن رسیدن به یک فاز جامد است. تشکیل جامد در فضای بین واکنش دهنده‌ها، می‌تواند مانعی در برابر نفوذ آنها شده و باعث کم شدن سرعت یک چنین واکنشی نسبت به انتقال اوتکتیک یا اوتکتوید شود، به همین دلیل وقتی یک ترکیب پریتکتیک جامد می‌شود، ساختار لایه لایه‌ای مشابه آنچه در فریز کردن اوتکتیک اتفاق می‌افتد را مشاهده نمی‌کنید.

چنین اتفاقی در سیستم آهن-کربن وجود دارد، همانطور که در گوشه بالا- چپ نمودار مشاهده می‌کنید. این مثل یک اوتکتیک وارونه‌است، که فاز δ با مایع ترکیب می‌شود تا آستنیت خالص در دمای ۱۴۹۵ °C و ۰٫۱۷ درصد جرمی کربن تولید می‌شود.

منابع

از Wiki دانشنامه آزاد

در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ اوتکتیک موجود است.