第四章 凝固与结晶
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第四章 凝固4.1 纯晶体的凝固4.1.1 液态结构与固态物质相比,液态物质呈现的主要特征是:1、长程无序,与晶体不同,在液态下,内部的原子不再呈现长程有序结构;2、结构起伏, 原子的排列在不断的变化;液态物质的结构特征一般用径向分布函数表征,一般用X 射线可以测定。
从径向分布函数可推出原子间距和配位数。
表1中列出了部分元素在固态和液态的原子间距和配位数。
一般情况下 从固态到液态原子间距增大,配位数减小,但也有少数的元素相反。
如非密排亚金属元素B i, Sb, Ga, Ge 等。
对于液态结构的原子结构模型,学术界尚未取得一致的认识,比较典型的模型有准晶(Banker )模型和非晶(Bernal )模型表1 部分元素的固态和液态结构数据4.1.2结晶的热力学条件1. 单元系的自由焓液态的自由焓: G L =H L -TS L固态的自由焓: G S =H S -TS s由于热焓和熵均可以根据热力学的基本关系式求得:dH=C P dT H=⎰T C pdT 298(取2980K, 即250C 时H=0)S=⎰TdT T Cp 0)/( (取00K 时熵为0)所以可求得G 与温度的关系曲线从图1中所示的G-T 曲线可知:1) G 随温度上升而下降,但G L 下降的幅度(曲线的斜率)比G s 大,因为液态的熵大;(G=H-TS )2) T>T m 时,G L <G S , 所以系统以液态存在, 3)T<Tm 时,G L >G S , 所以系统以固态存在,2. 凝固时的热力学条件如前所述,T =T m 时,G L =G S 凝固不会进行, 只有当T<T m 时,G S <G L ,凝固过程才得以进行。
令∆G=G S -G L令∆T=T m -T, 称之为过冷度。
只有∆T>0,才有∆G<0所以:∆T>0是凝固的热力学条件, ∆G 称之为凝固的驱动力。
∆G 的绝对值越大,凝固的驱动力也就越大。