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液固相变的热力学基础- -金属有液态转变为固态的过程称为凝固。
由于凝固后的固态金属通常是晶体，所以讲这一转变过程称之为结晶。
一般的金属制品都要经过熔炼和铸造，也就是说都要经历由液态转变为固态的相变过程。
1.1 凝固过程的宏观现象1.1.1 过冷现象金属在凝固之前，温度连续下降，当液态金属冷却到理论凝固温度Tm时，并未开始凝固，而是需要继续冷却到Tm之下的某一温度Tn，液态金属才开始凝固。
金属的实际温度Tn与理论凝固温度Tm之差，称为过冷度，以ΔT表示，ΔT=Tm-Tn。
过冷度越大，则实际凝固温度越低。
过冷度随金属的本性和纯度的不同，以及冷却速度的差异可以在很大的范围内变化。
今属不同，过冷度的大小也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大。
当以上两因素确定之后，过冷度的大小主要取决于冷却速度，冷却速度越大，则过冷度越大，即实际凝固温度越低。
反之，冷却速度越慢则过冷度越小，实际凝固温度越接近理论凝固温度。
但是，不管冷却速度多么缓慢，也不可能在理论凝固温度进行凝固。
对于一定的金属来说，过冷度有一最小值，若过冷度小于此值，凝固过程就不能进行。
1.1.2 凝固潜热一摩尔物质从一个相转变为另一个相时，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热。
金属熔化时从固相转变为液相是要吸收热量，而凝固时从液相转变为固相则放出热量，前者称为熔化潜热，后者称为凝固潜热。
当液态金属的温度到达凝固温度Tn时，由于凝固潜热的释放，补偿了散失到周围环境的热量，所以冷却过程中出现了温度恒定的现象，温度恒定的这段时间就是凝固过程所需要的时间，凝固过程结束，凝固潜热释放完毕，温度才开始继续下降。
另外，在凝固过程中，如果释放的凝固潜热大于向周围环境散失的热量，温度将会上升，甚至发生已凝固的局部区域的重熔现象。
因此，凝固潜热的石方和散失，是影响凝固过程的一个重要因素。
1.2 金属凝固的微观过程凝固过程是如何进行的？它的微观过程怎样？多年来，人们致力于研究解决这些疑问，关于凝固过程的研究人们做了大量的工作，取得了很多卓有成效的研究结果。
第五节 固液相变典型例子： 冰水相变，晶体的融化 固体和液体的实质差别在哪里？固体比较‘硬’，有‘形状’，液体会流动 序参数是什么？ 粒子的相对位置2,1()i j i j bN r r γ<>=-∑ 或者 2,11)(i j i j b N r r γ<>=-∑ i r 是第i 个粒子的坐标，,i j <>表示近邻粒子对，b N 是总近邻粒子对数 对于三维系统相变是一级相变讨论： 如果冰水相变是二级相变，物理图像如何？ 对于二维系统传统上认为是弱一级相变最新观点是两个Kosterlitz-Thouless 相变 固体实际上有两个序参数，描述两个相变● 位置序参数 ● 对称性序参数 最简单的模型硬碟模型对称性硬碟在有序状态时，形成六角点阵最简单的序参数2,,11()i j i j jiaN ψθθ+=-∑∑ ,i j θ是第i 个粒子和近邻粒子j 的夹角，a N 是总夹角数当然，实际上我们可以定义更严密的对称性序参数,例如 ,1exp(6)i j jii i N ψθ=∑∑ 这系统的参数只有两个，硬碟的半径和硬碟的密度。
硬碟的半径不重要，因为改变硬碟半径和改变体系尺寸是等价的，在热力学极限下不改变物理行为。
所以，唯一的控制参数是硬碟密度。
密度大时，体系呈固体状态，密度小时，体系呈液体状态，其中间存在一个或两个相变。
Metropolis 算法单粒子移动尝试在i r 的一个邻域内移动第i 个硬碟，如果与近邻硬碟接触，该移动不被接受，否则接受。
计算机编程简单方案假设硬碟在一个长方形(X(I),Y(I)) 标记每个硬碟随机找一个硬碟，尝试移动，扫描所有硬碟，确定移动是否可以接受测量物理量有效方案把长方形均匀等分为若干正方小区域，每一小区域只能容纳一个硬碟的圆心用(I,J)标记正方小区域，对应的硬碟的坐标为(X(I,J),Y(I,J))用NP(I,J) 标记(I,J)正方小区域是否存在硬碟----------------------------------------------------------------------------------------- 磁偶极子实验和模型为了实现二维系统，可以把粒子置于两种液体之间，通过外磁场使粒子带上偶极矩。
晶体生长过程中的界面动力学研究晶体生长是一个涉及到物理学、化学、数学等多个学科的领域，其中界面动力学是其中一个重要研究方向。
界面动力学主要研究在不同条件下晶体生长中液-固界面的动力学行为，通过理论和实验的研究，可以更好地描述和控制晶体生长过程，为材料科学和能源科技等领域提供有价值的参考。
一、晶体生长中的界面动力学晶体是由分子或原子组成的有序物质，其生长过程需要溶液中物质的扩散、吸附和结晶等多个过程。
生长的过程主要体现在液-固（或气-固）的交界处，也就是晶体的界面上。
因此，界面动力学研究的重点就是晶体生长过程中液-固界面的动力学行为。
在界面动力学中，最常用的理论模型之一是“再结晶理论”。
该理论模型假设晶体生长过程中液相分子能自由扩散并进入固相，并沿晶体表面扩散最终结晶，从而形成晶体。
当液滴通过晶体表面时，会先选择朝向能量最低的方向，并形成一个滑移平面。
在此基础上，随着液滴进一步扩散和吸附的过程，晶体的生长速度逐渐加快，形成自组装式生长。
二、晶体生长中的液-固界面结构和动力学特性晶体生长中液-固界面的结构和动力学特性将直接影响晶体的生长速率和晶体质量，因此对液-固界面的研究是极其重要的。
我们可以通过扫描电子显微镜和原子力显微镜等手段来观察晶体生长界面的微观形态，并通过彩色蚀刻实验（Color etching）来定性分析不同条件下的晶体生长速率、表面形貌和结构等。
此外，可以通过电感耦合等离子体法（ICP）技术来实时监测溶液中的化学物质浓度和温度等变化，以揭示生长过程中的动力学特性。
三、界面动力学的应用界面动力学研究的应用广泛，主要应用于材料科学、能源技术和生物科学等领域。
其中最典型的应用就是在晶体生长和半导体制造过程中。
在晶体生长中，界面动力学可以被用于控制晶体质量和晶体形态等，从而提高晶体生长效率和质量。
在半导体制造中，界面动力学可以被用于控制晶体表面的缺陷和杂质，从而提高器件性能和可靠性。
此外，界面动力学在化学反应动力学、能源材料和环境科学等方面也发挥着重要的作用。
广西大学2020年《材料科学基础(822)》考试大纲与参考书目考试性质考试方式和考试时间试卷结构考试内容一、金属材料（一）原子结构和键合了解的内容：1. 原子结构。
2.高分子链。
重点：原子间的键合。
（二）晶体学基础了解的内容：1. 晶体的对称性。
2.极射投影3.倒易点阵理解的内容：1.中间相特性。
掌握的内容：1. 空间点阵与晶胞。
2.晶向指数和晶面指数。
3.晶带定律。
4.晶面间距。
5. 三种典型的金属晶体结构。
6.晶体的原子堆垛方式和间隙。
7.固溶体的性质。
重点：典型的金属晶体结构、空间点阵、密勒指数。
（三）晶体缺陷了解的内容：1.点缺陷的运动。
2.外表面。
3.相界理解的内容：1. 点缺陷的形成。
2.点缺陷的平衡浓度。
3.位错的应力场。
4.位错的应变能与线张力。
5.作用在位错线上的力。
6.位错间的交互作用力。
7.实际晶体结构中的伯氏矢量。
8.不全位错掌握的内容：1.刃型位错、螺型位错、混合位错的特征。
2.伯氏矢量的确定、特性与表示方法。
3.位错的滑移、攀移与交割。
4.位错的密度。
5.位错的生成与增值。
6.位错反应。
7.晶界和亚晶界。
8.堆垛层错9.孪晶界。
重点：位错类型及其特点、位错理论。
（四）固体中原子及分子的运动了解的内容：1.交换机制。
2.扩散系数D与浓度相关时的求解。
3.原子跳跃。
4.无规则行走与扩散距离。
理解的内容：1.扩散的热力学分析。
2.扩散激活能。
3.反应扩散。
掌握的内容：1.菲克第一定律、第二定律。
2.扩散方程的解（一端成分不受扩散影响的扩散体）。
3.柯肯达尔效应。
4.间隙机制。
5.空位机制。
6.扩散系数。
7.影响扩散的因素。
重点：扩散机制、扩散系数的影响因素。
（五）材料的形变和再结晶了解的内容：1.弹性变形的本质。
2.弹性变形的特征和弹性模量。
3.弹性的不完整性。
4.粘弹性。
理解的内容：1.多晶体的塑性变形:晶粒取向的影响。
2. 再结晶后的晶粒长大的影响因素。
3.再结晶退火后的组织。
《无机材料科学基础》教学大纲英文课程名称: Foundation of Inorganic Material Science课程编号：0711305总学时：88（其中理论课学时：74 实验学时：14）总学分：5.5先修课程：物理化学、晶体学适用专业：无机非金属材料工程开课单位：材料科学与工程学院无机非金属材料工程教研室执笔人：梁忠友审校人：来启辉一、课程教学内容绪论材料的发展动向及本课程的重要地位；本课程的特色及基本要求。
第一章晶体化学基本原理原子半径和离子半径；球体紧密堆积原理，六方堆积和立方堆积；配位数和配位多面体；离子的极化对化学键和结构的影响；电负性，估计化学键；鲍林规则。
第二章晶体结构与晶体中的缺陷第一节典型结构类型氯化钠型、金刚石型、氯化铯型、闪锌矿型、纤锌矿型、萤石型、金红石型、碘化镉型、刚玉型、钙钛矿型、尖晶石型。
第二节硅酸盐晶体结构岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构。
第三节晶体结构缺陷，点缺陷、固溶体、非化学计量化合物，固溶体研究方法；线缺陷，包括螺旋位错和刃位错。
第三章熔体与玻璃体第一节熔体结构——聚合物理论，第二节熔体性质粘度和表面张力。
第三节玻璃通性各向同性；介稳性；熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性；熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性。
第四节玻璃的形成玻璃态物质的形成方法简介；玻璃形成的热力学、动力学，结晶化学条件；第四节玻璃的结构晶子学说；无规则网络学说。
第五节常见玻璃类型硅酸盐玻璃；硼酸盐玻璃。
第四章表面与界面第一节固体的表面固体的表面特征；晶体表面结构；固体表面能；第二节界面行为，润湿与粘附；吸附与表面改姓；第三节晶界晶界结构与分类；多晶体的组织；晶界应力。
第四节粘土—水系统胶体化学粘土的荷电性；离子吸附与交换；电动性质；胶体性质；瘠性料的悬浮与塑化。
第五章相平衡。
第一节硅酸盐系统相平衡的特点热力学平衡态与非平衡态；硅酸盐系统中的组分、相及相律。
