1.3.1液体金属的基本理论.pptVIP

1.1.1 液态金属基本理论 液态金属的结构 金属和合金材料的加工制备过程: 配料、 熔化 凝固成型 三个阶段。 配料是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百分数； 熔炼是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金属； 凝固是金属由液态向固态转变的结晶过程， 它决定着金属材料的微观组织特征。 ??液相成型 液相有哪些特征？ 为什么 内部结构 固态金属 按原子聚集形态分为 晶体与非晶体。 晶体 凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。 单晶体 在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体 多晶体 大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。 在固体中原子被束缚在晶格结点上，其振动频率约为1013 次/s。 液态金属？ 液态金属中的原子和固态时一样，均不能自由运动，围绕着平衡结点位置进行振动 但振动的能量和频率要比固态原子高几百万倍。 液态金属宏观上呈正电性，具有良好导电、导热和流动性。 ??液相结构？ 1. 物理性质变化 体积只膨胀3～7％， 即原子间距平均只增大1～1.5％ 金属从０k到熔点的固态体积膨胀几乎都是7％，因此金属熔化时的体积膨胀不超过固态时的体积变化总量，液态金属的结构不可能完全无序！ 金属 Sn Zn Mg Al Ag Cu Fe Ti (VL-VS)/ VS 2.6 6.9 4.2 6.6 4.99 4.2 4.4 3.2 几种常用金属熔化时的体积变化 熔化潜热只占气化潜热的3～7 ％ 见表1 这就可以认为金属由固态变成液态时，原子结合键只破坏一个很小的百分数，只不过它的熔化熵相对于固态时的熵值有较多的增加，表明液态中原子热运动的混乱程度，与固态相比有所增大。 比热容，与固态相比虽然稍大一些，但具有相同的数量级。 表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热 返回 液态金属在结构上更象固态而不是汽态，原子之间仍然具有很高的结合能。 X射线衍射分析 图1-21是由X射线衍射结果整理而得的原子密度分布曲线。 横坐标r为观测点至某一任意选定的原子（参考中心）的距离，对于三维空间，它相当于以所选原子为球心的一系列球体的半径。 纵坐标 表示当半径增减一个单位长度时，球体（球壳）内原子个数的变化值，其中?（r）称为密度函数。 固态金属 原子 在某一平衡位置 热振动 因此衍射结果得到的原子密度分布曲线是一组相距一定距离（点阵常数）的垂线，每一条垂线都有确定的位置r和峰值，与所选原子最近的球面上的峰值便是它的配位数。 但对于液态金属而言，原子密度分布曲线是一条呈波浪形的连续曲线。 这是由于当金属转变为液态时，液态中的金属原子是处在瞬息万变的热振动和热运动的状态之中，而且原子跃迁频率很高，以致没有固定的位置，而其峰值所对应的位置（r）只是表示衍射过程中相邻原子之间最大几率的原子间距。 现象分析：1、连续，2、有峰，3、峰位 返回 r观测点至某一任意选定的原子（参考中心）的距离 三维空间相当于球体的半径 半径增减一个单位长度，球体内原子个数变化值 ?（r）为密度函数 图1-21 700℃液态铝中原子密度分布线 3个特征 可见液态原子分布曲线是介于 曲线与固态时的分布曲线（竖直线）之间作波浪形的变化。 其第一峰值与固态时的衍射线（第一条垂线）极为接近，其配位数与固态时相当。 第二峰值虽仍较明显，但与固态时的峰值偏离增大，而且随着r的增大，峰值与固态时的偏离也越来越大。 当它与所选原子相距太远的距离时,原子排列进入无序状态。 表明，液态金属中的原子在几个原子间距的近程范围内，与其固态时的有序排列相近，只不过由于原子间距的增大和空穴的增多，原子配位数稍有变化。 液态金属的结构特征 液态金属内存在近程有序的原子集团（图1-22）。这种原子集团是不稳定的，瞬时出现又瞬时消失。所以，液态金属结构具有如下特点： l）液态金属是由游动的原子团构成。 2）液态金属中的原子热运动强