נוקלאציה וגידול גבישים

התמצקות

עבור מתכות וחומרים גבישיים נוספים, תנועת האטומים במצב הנוזלי היא כמעט לחלוטין נטולת סדר. ככל שישנה ירידה באנרגיה של המערכת הנוזלית כך קטנה תנועת האטומים והם מתחילים להסתדר בסריג. חומרים צפויים להתמצק כאשר הפאזה הנוזלית מקוררת מתחת לטמפרטורת הקיפאון (או טמפרטורת ההיתוך), מאחר והאנרגיה הקשורה להיווצרות מבנה גבישי במצב מוצק נמוכה מזו הנחוצה למצב נוזלי. כאשר הטמפרטורה של המתכת הנוזלית יורדת משמעותית מתחת לטמפרטורת הקיפאון מתחילים להיווצר אזורי נוקלאציה ראשוניים הקרויים עוברים באזורים שונים של הנוזל. מרכזי הנוקלאציה הללו משמשים כעת כמרכזים להתגבשות נוספת. ככל שהתהליך נמשך כך יותר אטומים קופאים ונצמדים לאזורי הנוקלאציה הקיימים, תוך שהם יוצרים גרעיני חומר גבישי.

נוקלאציה

שלב הנוקלאציה הוא שלב של היווצרות חלקיקים קטנים של פאזה חדשה, הנקראים נוקלאוסים, ושלב הגידול הוא הגדלת נפח החלקיקים עד אשר כל הפאזה הקודמת הופכת לפאזה חדשה או עד אשר הפאזה החדשה מגיעה לגודלה הסופי.

נוקלאציה הומוגנית - נוקלאציה אחידה בכל הנפח.

נוקלאציה הטרוגנית - כאשר ישנם מקומות מועדפים לנוקלאציה, כמו דפנות הכלי בשעת התמצקות או גבולות גרעינים בשעת מעבר פאזה, הנוקלאציה אינה אחידה בחומר.

דנדריטים

בהרבה מקרים מבחינים בגרעינים בעלי צורת ענפים, שהיא הצורה הנותנת יחס גבוה מאוד בין שטח הפנים לנפח (מאפשר קצב קירור גבוה). גרעינים בעלי מבנה זה נקראים דנדריטים. הדנדריטים אופייניים להתמצקות מהירה (יציקות, ריתוכים). הם פריכים (לכידת נוזל בין הענפים), ומכאן שאינם רצויים מבחינה הנדסית.

טיפול תרמי

חימום או קירור בקצבים שונים במטרה לקבל שינויים מיקרו-מבניים בחומר נתון. כתוצאה מכך מקבלים מגוון רחב של תכונות פיזיקליות ומכניות בחומרים שונים. החומרים מתחלקים ל- 3 קבוצות: אלה שאינם מגיבים לטיפול תרמי, אלה שמגיבים לחיסום (פלדות, סגסוגות טיטניום), ואלה שמגיבים לזיקון (סגסוגות אלומיניום ונתכי-על).