金属熔体的结构研究及应用.doc

金属熔体的结构研究及其作用 摘 要 本文从冶金熔体方面入手，首先介绍了熔体结构研究方法，并对各种方法进行了对比。并由此进一步具体阐述了金属熔体、熔渣和熔盐结构模型的发展，比较各种模型的特点,最后介绍了金属熔体的进一步应用。 关键词 熔体；金属熔体；熔渣；熔盐；滞后性；过热处理 目录 1　前　言 3 2 熔体结构的研究进展 3 3 熔体结构的研究方法 4 3.1 热力学方法 4 3.2 光谱法 4 3.3 计算机模拟法 5 3.4 熔体结构理论和实验研究达成的共识 5 4 金属熔体结构模型 6 5 熔渣的结构模型 6 5.1 分子结构理论 6 5.2 离子结构理论 7 5.3 共存理论 7 5.4 聚合物理论 7 6 熔盐的结构模型 7 6.1 似晶格模型 7 6.2 空穴模型 8 6.3 有效结构模型 9 6.4 液体自由体积模型 9 7 熔体过热处理技术 10 7.1　简单过热法 11 7.2　热速处理法 12 8 结语 13 参考文献 14 1　前　言 冶金熔体 前苏联自1981年以来，每隔2～31987年5月和9月在俄罗斯分别召开的“液态金属与固态金属的相互关系”及“铸造合金遗传性”两次会议上，专家们一致提出：“要把铸件的使用性能再提高10％～30％10％～20％1990年在欧洲举办了第一次液态金属国际会议。1995年在美国举办了第九届液态与非晶态金属国际会议。1996年在北京召开了第一届液态物理学术会议。我国的研究单位主要有：中科院物理所、金属所、哈工大、西工大、北科大等。 随着对液态结构的深入研究,人们对于液态结构有了新的了解，认识到金属的液态原子不是完全紊乱的,而是呈短程有序结构,或者称为原子团簇(流动集团)，这种有序性范围通常小于0.5nm。金属熔体短程有序结构的发现,对于探索金属凝固的原理以及固体组织都起到重要的理论指导作用。Saboung利用中子衍射发现了K-Pd合金熔体结构因子上有预峰存在,它的有关参数和温度有关。Slliot在非晶固体结构研究中发现了比短程有序大的多的结构, 并定义为中程有序。中程有序结构的发现,对高温熔盐结构及其性质的控制有重要的理论指导作用。 近年来随着科学技术的发展,对液态的研究逐步受到了重视。虽然金属及合金的液态结构及其变化取得了一定的研究成果,但液态结构及液液结构转变的内在机制仍不太清楚。因此,深入研究金属及合金的液态结构及其变化规律具有重大的意义。 3 熔体结构的研究方法 由于高温熔体的特殊性和要求，结构研究的方法显然不同于常规的常温分析方法，可用的理论和实验方法也少许多。研究高温熔体结构主要有以下方法：[1] 3.1 热力学方法 该方法是研究熔体结构比较传统的方法。由于组分的混合熵是与体系的结构或体系中的无序状态密切联系的，而组分的混合热焓又与离子团的生成或局部有序性相关，因此可以通过量热法直接测定熔盐体系中与热有关的信息，进行熔体结构的研究；而通过研究熔盐的密度、表面张力、蒸汽压、电导率、溶剂溶解度及粘度等性质及其变化规律，并辅以热力学计算和分析，也可以间接地得到其结构的信息。[2] 3.2 光谱法 光谱法包括X射线衍射法、红外光谱法、Raman光谱法、中子衍射法、NMR法。大多数熔体的高温性，腐蚀性以及一些熔体的易挥发性特点，对进行光谱研究所必须的加热炉和样品池的设计提出了更高的要求，尤其是对于红外光谱来说，由于其为吸收光谱，样品池窗口材料的吸收将会对测定带来影响，而且其高温背底很强；此外，由于高温NMR的驰豫时间与熔态下离子的迁移速度相当，其给出的只能是一条很窄的谱峰，信息量有限；X射线衍射（散射）只能给出了结构的总的径向分布函数，而中子衍射只获得了熔体结构的偏径向分布函数；Raman光谱可以给出各种结构基团的振动信息，而采用Raman光谱进行熔体的定量分析也引起了研究者的关注，Raman光谱的应用为联系熔体结构和宏观性质提供了有力手段。 3.3 计算机模拟法 计算机模拟方法主要包括量子化学计算、蒙特卡洛（MC）法、分子动力学（MD）法等。基于粒子经验势的分子动力学在大粒子体系的高温模拟中获得了广泛的应用，由于计算量不大和可以导出多种物理化学性质，使分子动力学法在现阶段成为主要的高温模拟手段。[3]分子力学方[4]法则引进了多个相关势（键伸缩、弯曲和扭转等）以及高级结构间的相互作用，对微观体系的相互作用及其与性能的相关性描述得更为精确，但随之带来了计算工作量的增加，反而限制了对大体系的计算模拟。量子化学[5]方法则避免了经验参数的使用，基于原子和分子轨道的基本原理和方法，采用从头计算方法和密度泛函理论解析微结构，更有利于解释结构的微观本质，但由于所需计算量巨大，目前只能适合