5.1液态金属结构及宏观结晶规律(1)
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第三章金属的结晶金属由液态转变为固态的过程称为凝固,由于固态金属是晶体,故又把凝固称为结晶。
§3.1 结晶的过程和条件一、液态金属的结构特点金属键:导电性,正电阻温度系数近程有序:近程规则排列的原子集团结构起伏:近程规则排列的原子集团是不稳定的,处于时聚时散,时起时伏,此起彼伏,不断变化和运动之中,称为结构起伏。
结晶的结构条件:当近程规则排列的原子集团达到一定的尺寸时,可能成为结晶核心称为晶核, 即由液态金属的结构起伏提供了结晶核心。
结构起伏是金属结晶的结构条件。
二、结晶过程形核:液相中出现结晶核心即晶核;晶核长大:晶核形成后不断长大,同时新晶核不断形成并长大;不断形核、不断长大;晶体形成:各晶核相互碰撞,形成取向各异、大小不等的等轴晶粒组成的多晶体形核与长大是晶体形成的一般规律。
单晶体与多晶体三、结晶的过冷现象用热分析法获得液态金属在缓慢冷却时温度随时间的变化关系,即冷却曲线。
由冷却曲线可知,结晶时有过冷现象:实际结晶温度Tn 低于理论结晶温度Tm 的现象称为过冷。
液态金属过冷是结晶的必要条件。
过冷度:△ T=Tm -Tn ,其大小除与金属的性质和纯度有关外,主要决定于冷却速度,一般冷却速度愈大,实际结晶温度愈低,过冷度愈大。
四、结晶的热力学条件热力学:研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科,主要研究平衡状态的物理、化学过程。
热力学第二定律:在等温等压下,自发过程自动进行的方向是体系自由焓降低的方向,这个过程一直进行到自由焓具有最低值为止,称为最小自由焓原理。
利用最小自由焓原理分析结晶过程。
两相自由焓差是相变的驱动力。
金属结晶的热力学条件:固相自由焓必须低于液相自由焓。
热力学条件与过冷条件的一致性。
§3.2 形核的规律形核方式:均匀形核(自发形核)与非均匀形核(非自发形核)。
一、均匀形核均匀形核:当液态金属很纯净时,在相当大的过冷度下,固态晶核依靠液相内部的结构起伏直接从液相中自发形成。
6液态金属的结构与性质讲解液态金属是指在一定温度范围内处于液态的金属物质。
与固态金属相比,液态金属具有一些独特的结构和性质。
本文将为您详细介绍液态金属的结构和性质。
液态金属的结构:液态金属的结构与晶体固态金属的结构有很大的不同。
晶体金属中金属离子排列有序,呈现出长程有序的结构,而液态金属中金属离子呈现无序排列。
这是因为在液态金属中,金属离子没有固定的位置,而是随机运动,呈现出短程有序的结构。
液态金属的结构可以用连续性函数理论描述,即假设金属离子周围的电子云呈代表性连续函数的分布。
这种结构在液态金属中使得金属离子具有较高的流动性和可塑性。
液态金属的性质:1.密度较大:液态金属的密度一般比固态金属的密度大,这是由于金属在液态状态下金属离子之间没有固定的排列方式,所以更加紧密地堆积在一起。
2.熔点低:相比固态金属,液态金属的熔点要低得多。
这是因为在固态金属中,金属离子呈现有序排列,需要克服更大的排斥力才能实现相互组合成具有晶体结构的固体。
而在液态金属中,金属离子无序排列,排斥力较小,因此熔点较低。
3.导电性好:液态金属具有良好的导电性。
这是因为金属中的电子能够在金属离子间自由运动,并且在液态金属中,金属离子之间的距离较小,电子的运动受到较小的阻碍,所以电子能够更容易地在液态金属中传导电流。
4.热稳定性差:液态金属在高温下容易氧化,因为金属离子在液态金属中处于无序排列状态,容易与外界的氧气分子发生反应,导致金属氧化并丧失其原有性质。
因此,液态金属在高温下需要采取相应的防护措施,以防止其被氧化。
5.可塑性好:液态金属具有较好的可塑性。
这是因为在液态金属中金属离子的无序运动使其具有较高的流动性和可塑性,能够容易地适应外界的形变和应力。
6.高的热传导性:液态金属具有较高的热传导性,金属离子之间的无序排列有利于热能的传导,所以液态金属能够迅速地吸收和释放热能。
总结:液态金属具有独特的结构和性质。
液态金属的结构呈现短程有序,金属离子之间具有较高的流动性。
第一章液态金属的结构和性质液态金属是一种特殊的物质状态,在一定温度范围内具有液态的流动性,同时又具有金属的特性。
它的结构和性质在科学研究和工业应用中具有重要意义。
本文将从液态金属的结构和性质两个方面进行详细讨论。
液态金属的结构是相对复杂的。
在室温以下,金属一般为固态,其原子间有规则的排列方式。
而当温度升高超过金属的熔点时,金属开始熔化并转变为液态。
一般来说,液态金属的原子结构呈现较高的无序性,原子间的距离近似相等。
在液态金属中,原子之间通常存在一定的空隙,这使得金属呈现一种流动性,可流动性是液态金属的显著特征之一、此外,由于液态金属的无序性,其结构中也可能存在一些凝结核心,例如小的团簇或者局部有序结构。
液态金属的结构和性质的研究表明,液态金属结构的演变与固态金属之间存在一定的关联性,在固态金属中形成的晶体缺陷或者凝聚核心在液态金属中可能会得到进一步的发展或者形成新的相态。
液态金属的性质一方面受金属原子特性的影响,另一方面受到液体状态的因素的影响。
由于金属原子之间的金属键较为强大,在液态金属中,金属具有良好的导电性和导热性。
液态金属中的离子与自由电子相互作用,使电子在金属内部自由传导,并且电流可以在金属中流动。
这种导电性使得液态金属在电子设备、导线等领域具有广泛的应用。
同时,由于金属原子的性质,液态金属具有良好的可塑性和可变形性,可以在一定温度范围内通过加热和冷却来调节液态金属的形状和结构。
这种可塑性使得液态金属在制备复杂金属结构,例如凸轮、导柱等方面有广泛的应用。
此外,液态金属还具有较低的粘度和表面张力,使得液态金属具有较好的流动性。
液态金属在受到外力作用下可迅速流动和扩散,这对于一些需要快速制备金属材料或者形状复杂的金属产品非常有价值。
比如,液态金属可以用于制备3D打印的金属材料,通过快速冷却可以制造出复杂形状的金属产品。
此外,液态金属还具有很好的耐高温性能和化学惰性,可用于制备高温工艺设备和化学容器。