Lumea care ne înconjoară este un micro-univers uimitor în care au loc multe procese interesante. În fiecare zi întâlnim adevărate magii la care rareori ne gândim. Să luăm, de exemplu, formarea înghețului pe o fereastră sau a fulgilor de zăpadă. Aceasta este o ilustrare perfectă a creșterii cristalelor dendritice, considerat unul dintre cele mai comune și uimitoare procese din natură. În știința materialelor, dendritele sunt cristale care au o formă tipică de copac cu multe ramuri. Ele formează un model fractal natural.
Cum se formează dendritele?
Cristalizarea este procesul natural de formare a cristalelor din vapori, soluții, topituri și alte substanțe. Pentru ca aceasta să aibă loc, trebuie să existe un gradient de concentrație de la valoarea suprasaturată din soluție la concentrația în echilibru cu cristalul de la suprafață. Orice umflătură care se dezvoltă este însoțită de un gradient de concentrație mai accentuat la vârful acesteia. Acest lucru crește rata de difuzie către vârf. Tensiunea superficială joacă, de asemenea, un rol imens, care tinde să aplatizeze umflătura și să creeze un flux de atomi dizolvați dinspre umflătură spre lateral. Acest proces este regulat și are loc până când se obține o formă dendritică.
Un cristal dendritic seamănă cu o formă eterogenă care se caracterizează prin structuri complicate ramificate asemănătoare unui copac. Acestea seamănă cu un trunchi de copac cu ramuri care se bifurcă în direcții diferite. Cristalele dendritice au simetrie hexagonală și tind să se dezvolte atunci când cristalul crește prin depunere de vapori la temperaturi cuprinse într e-15°C și în condiții de saturație apropiate de apa supraînghețată.
Cum se formează dendritele în metale?
Cristalele dendritice sunt peste tot în jurul nostru. Multe lucruri pe care le folosim în fiecare zi sunt fabricate din metale și aliaje, cum ar fi materialele de construcție, armele sau minele. Dar toate acestea trec printr-o stare lichidă sau topită la începutul creării lor, urmată de înghețare. Privind la microscop, puteți vedea că un aliaj metalic proaspăt întărit nu are o structură omogenă, ci este format din multe celule mici. Acestea sunt dendritele.
Particularitatea formării dendritelor este că acestea vor crește și se vor ramifica până când fețele laterale sunt fuzionate și nu mai există spațiu între ele. Acesta este un proces regulat și repetitiv care are loc cu mare rapiditate. Practic, toate aliajele proaspăt cristalizate sunt formate din milioane de cristale dendritice. În plus, factori precum forma, dimensiunea și rata de creștere a dendritelor afectează în mod direct proprietățile finale ale metalelor turnate și sudate. Iată câteva exemple de proprietăți:
- Duritatea și moliciunea metalului;
- dacă este la tracțiune sau elastic;
- cât timp și în ce condiții poate fi utilizat aliajul;
- dacă metalul are o bună conductivitate electrică;
- cât de ușor este să sudezi între ele diferite bucăți de metal.
Astfel, modelele dendritice nu sunt doar fulgi de zăpadă frumoși sau desene pe fereastră în timpul iernii. Structura dendritelor este unică și interesantă, dar, în plus, are o influență puternică asupra proprietăților mecanice, electrice, chimice ale metalelor.
