液态金属结晶的基本原理.doc

金 属 成 型 理 论 基 础 河 北 科 技 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 第六章 液态金属结晶的基本原理 1、怎么从相变理论理解液态金属结晶过程中的生核、成长机理？ 答：相变理论：相变时必须具备热力学和动力学条件。 金属结晶属一种相变过程： 热力学条件即过冷度——驱动力 动力学条件：克服能障 热力学能障——界面自由能——形核 动力学能障——激活自由能——长大 若在体系内大范围进行，则需极大能量，所以靠起伏，先生核——主要克服热力学能障，然后出现最小限度的过渡区“界面”，此界面逐渐向液相内推移——长大（主要克服动力学能障）。 试述均质生核与非均质生核之间的区别与联系，并分别从临界晶核曲率半径、 生核功两个方面阐述外来衬底的湿润能力对临界生核过冷度的影响。要满足纯金属非均质生核的热力学要求，液态金属必须具备哪两个基本条件？ 答：（1） 相等 但 非均质生核所需体积小，即相起伏时的原子数少。 （2） 两种均需能量起伏克服生核功，但非均质生核能需较小。 （3）右图看出 即：对：与的影响. （4）生核功： （5）纯金属非均质生核的热力学条件： 液态金属需具备条件（1）液态金属需过冷 (2)衬底存在。 物质的熔点就是固、液两相平衡存在的温度、试从这个观点出发阐述式（4—3） 中与之间关系的物理意义。 答：式4—3 当 时， 两相平衡； 当时，趋于固相：即固相教液相稳定； 式中看出 。 即 ,此时固相更稳定，更易于发生相变，就以较小的即可稳定存在。 4、液态金属生核率曲线特点是什么？在实际的非均质生核过程中这个特点又有何变化? 答：实际非均质生核率受衬底面积大小的影响，当衬底面积全部充满后，生核率曲线中断，即不再有非均质生核。 相变、生核、成长中的热力学及动力学： 相变： 热力学条件： ，可以提供相变驱动力。 动力学条件：克服热力学能障和动力学能障。 （2）生核： 克服能障：热力学（界面自由能）、动力学（作用小，对生核率影响小） （3）生长： 热力学能障：——取决于 （处于过冷状态，且相变驱动力克服此能障） 动力学能障： 5、从原子尺度看，决定固—液面微观结构的条件是什么？各种界面结构与其生长机理和生长速度之间有何联系？它们的生长表面和生长防线各有什么特点？ 答：（1） 热力学因素： 粗糙界面 ——平衡结构 平整界面 动力学因素：大：连续生长——粗糙界面结构 ——非平衡时 小：平整界面的生长——平整界面结构 （2） 粗糙界面：连续生长 完整平整界面：二维生核 非平整界面：螺旋生长， 。 旋转单晶， 反射单晶。 （3） 生长方向： 粗糙界面：各向同性的非晶体单晶等，生长方向与热流方向相平行， 平整界面：密排线相交后的棱角方向 生长表面： 粗糙界面：因是各向同性，光滑的生长表面。 平整界面：棱角分明的密排小晶面， 6、我们从什么尺度着眼讨论单晶合金的结晶过程的？它与结晶的原子过程以及最后的晶粒组织之间存在什么联系？ 答： （1）从宏观尺度着眼讨论单相合金的结晶过程，主要是与“原子尺度”相区别的。 （2）与结晶的原子过程之间的关系： 不同的结晶方式：平面生长→胞状生长→ 枝晶生长。 原子过程： 小面生长和非小面生长 。 任何一种生长方式都可以是小面生长或非小面生长 （3）与最后的晶粒组织之间的联系。 平面生长：单晶或无分支的柱状晶组织。 胞状生长：胞状晶——一簇为一些平行排列的亚结构。 柱状枝晶生长：柱状枝晶。 等轴枝晶生长（内生长）：等轴枝晶。 7、某二元合金相图如图所示。合金液 成分为，置于长瓷舟中并从左端开