第二章+++纯金属的凝固gai..ppt

第二章 凝固与结晶 §1 液态金属的凝固过程 §2 晶核的形成 §3晶体的成长 §4金属凝固动力学及晶粒尺寸 §5凝固理论的实际应用举例 §6 陶瓷的凝固 §7 聚合物的凝固 §1 液态金属的凝固过程 二、 金属熔液凝固时的过冷现象 液 固，单位体积自由能的变化Δ Gv为 （1）  其中：Lm为熔化潜热  ∵ T=Tm时，ΔGv=0 （2） 将（2）代入（1）， §2 晶核的形成 形核：在母相中形成等于或超过一定临界大小的新相晶核的过程 形核方式有两种： A、均匀形核—液体中的“晶核”发展成一定临界大小的晶核。 B、非均匀形核—依附于液体中现存的固体杂质或容器表面而形成的具有一定临界大小的晶核。    rrk时，晶胚长大将导致系统自由能的增加，这种晶胚不稳定，瞬时形成，瞬时消失。r rk时，随晶胚长大，系统自由能降低，凝固过程自动进行。r= rk时，可能长大，也可能熔化，两种趋势都是使自由能降低的过程，将rk的晶胚称为临界晶核，只有那些略大于临界半径的晶核，才能作为稳定晶核而长大，所以金属凝固时，晶核必须要求等于或大于临界晶核。极值点处  （2） 将 （3）代入（2）： （4） v 临界晶核半径随过冷度增大而减小。将（2)（3)（4）代入（1）式： (5) 称为临界晶核形成功，简称形核功， 与ΔT2成反比。将（4）式代入 (6)  （6）式表明，当r=r*时，临界晶核形成时的自由能增高等于其表面能的1/3，此形核功是过冷液体金属开始形核时的主要障碍。 (二)均匀形核率 形核率指在单位时间、单位体积母相中形成的晶核数目，设单位体积液相中存在Cn个临界晶核(数），dt时间内由液相获得原子的临界晶核所占分数为dn，于是单位体积单位时间内应形成Cn?（dn/dt）个可以稳定长大的晶核 形核率N=N1N2= Cn?dn/dt 形核率受两个相互矛盾的因素控制： ① Cn受控于形核功因子，正比于 exp(ΔG*/kT), 故随着过冷度增大 而 增大； Gk：形核功 k:玻尔兹曼常数 ② dn/dt受控于原子扩散因子，正比 于exp(ΔGA/kT),故随过冷度的增大 而减少。 ΔGA 激活能 形核率随过冷度增大而增大，超过极大值后，形核率又随过冷度进一步增大而减小。 ? 二、非均匀形核 晶核优先依附在现成固体表面上形成。 一、非均匀形核的临界晶核尺寸及形核功 假如晶核形状是截自半径为R圆球的球冠，截面半径为R，晶核形成时体系总的自由能变化为 （1） V：晶核体积 ΔGV：单位体积的固液两相自由能之差 ΔGS：晶核形成时体系增加的