材料科学基础第六章.ppt

控制晶粒大小措施之三－物理法 （3） 物理因素 a.振动：机械式、电磁式、超声波枝晶破碎。 b.搅拌： 凝固理论的某些实际应用 6.2.7 高分子的结晶特征 高分子结晶与低分子的异同点： 1.??相似性 (1)与△T有关，△T越大，形核率升高，球晶尺寸小，密度大。 (2) 包括形核和长大两个过程。 (3) 非均匀形核时所需△T较均匀形核小。 (4) 高分子等温结晶转变量与时间关系Avrami方程：式6.46。 2.差异性 高分子结晶具有不完整性。 影响高分子结晶能力的因素： (1) 链的对称性 对称性越高越易结晶。 (2) 链的规整性 主链具有规则的构型，有结晶能力。 (3) 共聚效应 无规共聚无结晶能力。共聚物有相同的结构类型，能够结晶。 (4) 链的柔顺性 柔顺性好结晶能力高。 本章总结 一、基本概念和术语 凝固与结晶、相、固态相变、组元、系、相、相图 相平衡、相律及应用、过冷现象、过冷度、 理论结晶温度、 实际结晶温度、 临界过冷度和动态过冷度； 均匀形核与非均匀形核(要会自己进行推导相关公式、计算)；晶胚、晶核、临界晶核、临界晶核半径、临界形核功；形核率、生长速率。 光滑和粗糙界面；温度梯度、正、负温度梯度；平面与树枝长大、受质处理(孕育处理) 二.本章重点和难点 纯金属凝固的过程和现象；过冷度对结晶过程和结晶组织的影响；过冷度、临界过冷度、有效过冷度、动态过冷度之间的区别。 结晶的热力学、动力学、能量和结构条件 均匀形核与非均匀形核有何异同点。形核率及影响因素。临界晶核半径、临界形核功的计算。 非均匀形核时影响接触角θ的因素有哪些?选择什么样的异相质点可以大大促进结晶过程 液—固界面的结构及温度梯度，晶体生长形态?、生长条件和长大机制。 能用结晶理论说明实际生产问题如变质处理和其它细化晶粒的工艺；单晶的制取和定向凝固技术 (了解) 。 相关公式书上均有，要记住 本章要求掌握的内容 应掌握的内容: 1.纯金属凝固的过程和现象 2.结晶的热力学、动力学、能量、和结构条件 3.过冷度对结晶过程和结晶组织的影响；过冷度、临界过冷度、有效过冷度、动态过冷度之间的区别。 4.几个重要概念：过冷度，临界晶核半径，临界形核功，形核率，均匀形核，非均匀形核。 5.液—固界面的结构及温度梯度，晶体生长形态?、生长条件和长大机制。 了解： 1.凝固理论的主要应用 2.控制结晶组织的措施 当晶胚的r＜r*时，则其长大将导致体系自由能的增加，故这种尺寸晶胚不稳定，难以长大，最终熔化而消失。 当r＞r*时，晶胚的长大使体系自由能降低，这些晶胚就成为稳定的晶核。 当r=r*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r*的晶胚称为临界晶核。 ΔG在半径为r*时达到最大值。 因此，半径为r*的晶核称为临界晶核，而r*为临界半径。 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。 将 代入 得： 因此，临界半径由过冷度ΔT决定，过冷度越大，临界半径r*越小，则形核的几率增大，晶核的数目增多。 在熔点处， ΔT＝0，因此 r*为?，不能形核长大。 过冷度液相中结构起伏与临界晶核的关系 将 代入 得： 再将： 代入得： 称为临界形核功 因此，当r=r*时，临界晶核形成时自由能仍是增高的，增高值等于其表面能的1/3，L→S体积自由能差值只补偿形成临界晶核表面所需的能量的2/3， 不足的1/3则另需以能量起伏方式提供。 ΔG*与(ΔT)2成反比，因此，过冷度越大，所需的形核功越小。 临界晶核的表面积为： 代入 得： 均匀形核的条件 a. 过冷条件 b. 结构起伏 c. 能量起伏 2、形核率 形核率：单位体积液体内在单位时间内所形成的晶核数称为形核率。 形核率受两个因素控制： －－－形核功和原子扩散几率。 其中： ΔG*为形核功，Q扩散激活能 形核率与温度的关系 P230 图6.7 金属形核率与过冷度的关系 ? 有效形核温度 以铜为例，说明均匀形核难度大 二. 非均匀形核 按处理均匀形核同样的方法可求出非均匀形核的临界半径和形核功为： ?在0-180?之间变化， ?＝180?时： ?＝0时： 0-180?之间时： 非均匀形核所需的形核功要小于均匀形核的形核功，因此所需的过冷度较小。 非