金属学补习班课件-9.ppt

1、第二章 纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属由液态转变为固态的过程。结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。第二章 纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔点通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶一次结晶。而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为称为二次结晶或重结晶。二次结晶或重结晶。第二章 纯金属的结晶2.1 金属结晶的现象2.2 金属结晶的热力学条件2.3金属结晶的结构条件2.4晶核的形成2.5晶核的长大2.1 金属结晶的现象冷却

2、曲线结晶潜热结晶温度结晶过程宏观现象过冷结晶潜热金属结晶微观过程形核长大形成多晶体两个过程重叠交织2.2 金属结晶的热力学条件SdTVdpdGSdTdG熵的物理含义：系统中原子排列混乱程度。熵的物理含义：系统中原子排列混乱程度。恒压恒压TSHGmmLSLHHH2.2 金属结晶的热力学条件2.2 金属结晶的热力学条件mmTTLG2.2 金属结晶的热力学条件mmVTTLG两相自由能差潜热结晶温度过冷度2.3金属结晶的结构条件2.3金属结晶的结构条件2.3金属结晶的结构条件2.3金属结晶的结构条件能量起伏相起伏晶胚晶核2.4晶核的形成均匀形核非均匀形核是指完全依靠液态金属中的晶胚形核的过程，液相中各

3、区域出现新相晶核的几率都是相同的。是指晶胚依附于液态金属中的固态杂质表面形核的过程。2.4晶核的形成均匀形核非均匀形核形核率是指单位时间内单位体积液体中形成晶核的数量。用NN1*N2表示。形核功影响原子扩散能力急冷非晶态材料2.4晶核的形成2.4晶核的形成SGVGV23434rGrGV2.4晶核的形成非均匀形核cosLL)cos1(221rS222sinrS)coscos32(3133rV非均匀形核SVGGVG221SSSGLLS)4coscos32)(434(323LVrGrGTLTGrmmLVLk22)4coscos32(431322LkkrG2.4晶核的形成2.4晶核的形成固态基面结构的

4、影响固态基面结构的影响LLcos4 过热度5 搅拌和振动非均匀形核率所需过冷度较小点阵匹配原理固相表面原子排列与新相点阵结构相似时，既能有效促进新相的非均匀形核。振动、搅拌、超声波2.5晶核的长大晶体长大条件1.液相中原子不断向晶体扩散提供原子（有足够高的温度）2.晶体表面能不断而牢固地接纳原子（固液界面结构、温度分布、散热方向等）。2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺度观察，这种界面是光滑平整的。通常为密排晶面2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺度观察，这种界面是粗糙的，又称为非小平面界面X 为液固界面上的原子位置被固相原子占据的比率为液固界面上的

5、原子位置被固相原子占据的比率结论：（杰克逊因子）结论：（杰克逊因子）金属多数为粗糙界面金属多数为粗糙界面有机和无机化合物多数为光滑界面有机和无机化合物多数为光滑界面半导体材料多为混合型界面结构半导体材料多为混合型界面结构晶体长大机制光滑界面粗糙界面二维晶核长大机制螺型位错长大机制台阶垂直长大机制液固界面前沿液相中温度梯度正温度梯度液固界面前沿液相中温度梯度负温度梯度正温度梯度下生长的界面形态光滑界面以密排面为外表面的有规则几何外形晶体粗糙界面平面长大方式负温度梯度下生长的界面形态光滑界面规则几何外形晶体或者树枝状粗糙界面树枝状长大速度过冷度先快后慢长大机制台阶长大 慢垂直长大 快晶粒大小的控制控制过冷度GNT 晶粒大小的控制变质处理点阵匹配控制过冷度GNT 振动、搅拌、超声波