第三章结晶动力学与结晶热力学
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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。
《材料科学基础》总结及重点第一章 材料的结构与键合1、金属键、离子键、共价键、分子键(范德华力)、氢键的特点,并解释材料的一些性能特点。
2、原子间的结合键对材料性能的影响。
用金属键的特征解释金属材料的性能—①良好的延展性;②良好的导电、导热性;③具有金属光泽。
3、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。
本章重要知识点: 1. 金属键、离子键、共价键、分子键、氢键的特点。
第二章 固体结构1、晶体与非晶体(在原子排列上的区别)2、空间点阵、晶格、晶胞及选取晶胞的的原则、七大晶系及各自的特点,布拉菲点阵(14种) 、晶格常数、晶胞原子数。
3、晶面指数、晶面族、晶向指数、晶向族、晶带和晶带定理、晶面间距、配位数、致密度、八面体间隙、四面体间隙。
各向同性与各向异性、实际晶体的伪各向异性、同素异构转变(重结晶、多晶型性转变) 。
(1)指数相同的晶向.和晶面必然垂直。
如[111]⊥(111)(2)当一晶向[uvw]位于或平行某一晶面(hkl )时,则必然满足晶带定理:h ·w+k ·v+l ·w =04、能绘出三维的体心、面心立方和密排六方晶胞,根据原子半径计算出金属的体心和面心立方晶胞的晶胞常数。
三种典型晶体结构的特征(包括:晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数,最密排面(滑移面)和最密排方向的指数与个数,滑移系数目等);即:bcc 、fcc 、hcp 的晶格特征及变形能力(结合塑性变形一章的内容你必须知道常用金属材料的滑移面与滑移系的指数)。
给画出晶胞指出滑移面和滑移方向。
能标注和会求上述三种晶胞的晶向和晶面指数。
晶向和晶面指数的一些规律。
求晶面间距d (hkl )、晶面夹角。
5、晶面间距:d (hkl ) 的求法:(1)立方晶系:222)(l k h ad hkl ++= (2)正交晶系:222)(1⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=c l b k a h d hkl (3)六方晶系:2222)()(341⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=c l a k hk h d hkl (4)四方晶系:2222)()/(/)(1c l a k h d hkl ++=以上公式仅适用于简单晶胞,复杂晶胞要考虑其晶面层数的增加。
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。