01_第一章 液态金属的性质.ppt

第1章 液态金属的结构与性质 第1节 金属的膨胀与熔化 第2节 液态金属的结构 第3节 液态合金属的性质 第4节 液态金属的充型能力 重点：液态金属的结构 液态合金属的性质 影响充型能力的因素 难点：液态金属的结构 液态金属停止流动机理 第1节 金属的膨胀及熔化 一、晶体中的原子结合 第1节 金属的膨胀及熔化 一、晶体中的原子结合 二、金属的加热膨胀 膨胀的原因： （1）热振动：晶体中原子并不是固定不动的，只要温度高于热力学零度，每个原子皆在平衡位置附近振动 （2）“空穴”的产生 三、金属的熔化（视频） 第2节 液态金属的结构 一、物理性质的变化 第2节 液态金属的结构 一、物理性质的变化 1.液体与固体、气体结构比较及衍射特征 气体?完全无序 液体?长程无序，短程有序 晶体?长程有序 2、物质熔化时体积变化、熵变一般不大 金属熔化时典型的体积变化率ΔVm/V为3%~5%，表明液体的原子间距接近于固体 熵变不大表明在熔点附近液态系统的混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度 3、金属熔化潜热及其气化潜热 金属的熔化潜热ΔHm比其汽化潜热ΔHb要小得多，为汽化潜热的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键仅有部分被破坏 二、金属的液态结构 从以上分析，金属在熔化后，以及在熔点以上不高的温度范围内，液体结构的特点是： 1）原子仍保持较强的结合能，在较小距离排列仍具有一定规律性 2）近程有序排列 3）原子集团瞬息万变 4）原子集团之间距离增大，犹如空穴游动 5）原子集团平均尺寸、游动速度与温度有关 综上接近熔点的液态金属是由许多原子集团组成，其中原子呈规则排列，结构与原固体结构相似，但是存在很大的能量起伏，热运动激烈。 两个起伏：结构起伏 能量起伏 三、实际金属的液态结构 实际金属合金的液体结构存在三种起伏： 能量起伏：表现为各个原子间能量的不同和各个原子集团 间尺寸不同 结构起伏：表现为原子团的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生改变 浓度起伏：表现为各个原子集团之间的成份不同 实际金属液是很复杂的，主要体现在： 1）工业用金属多是合金，而且是多元合金 2）原材料中存在多种多样的杂质 3）在熔化过程中金属与炉气，熔剂、炉衬的相互作用还会吸收气体带进杂质，甚至带入许多固、液体质点 实际金属的液体结构： 1）存在着游离原子集团、空穴以及能量起伏 2）在原子集团和空穴中溶有各种各样的合金元素及杂质元素 3）由于化学键力和原子间结合力的不同，存在浓度起伏以及成份和结构不同的游动原子集团 4）有些化学亲和力较强的元素的原子之间还可能形成不稳定的化合物 四、液态金属结构的理论模型 （一）无规密堆硬球模型 无规密堆硬球模型描 述了液体远程无序而近程 有序特征，为奠定液体结 构的统计几何基础做出了 重要贡献。 （二）液态金属结构的晶体缺陷模型 1、微晶模型 在微晶体中，金属原子或离子组成完整的晶体点阵，这些微晶体之间以界面相连接。 该模型能够解释液态金属的近程有序性，因而能较好的描述近液相线液态金属的微观结构。 2、空穴模型 金属熔化形成大量空穴，使液态金属微观结构失去长程有序性，大量空穴存在使液态金属发生切变，从而具有流动性。 3、位错模型 在特定的温度以上，在低温条件下，不含位错的固体点阵结构由于高密度位错的突现而变成液体。高位错密度的引入能很好的解释液态金属不具有长程有序性，具有流动性，粘滞系数、原子扩散系数，晶体生长等方面现象。 第3节 液态合金属的性质 一、液态合金的粘度(流体内部抵抗流动的阻力) （一）液态合金的粘度及其影响因素 液体粘度的牛顿定律： —平行于x方向作用于液体表面的外加应力 —液体在x方向的运动速度 —沿y方向的速度梯度 —动力粘度 粘度的物理意义：作用于液体表面的应力 大 小与垂直该平面方向的速度梯 度 的比例系数。 通常粘度 可用下式表示： 粘度的影响因素： （1）温度 由粘度公式可知： T不太高时，T↑，η↓ T很高时，T↑，η↑