材料科学基础第六章 单元相图及纯晶体的凝固.ppt

控制晶粒大小措施之二－变质处理 （2）形核剂作用（变质处理）：熔液结晶前加入人工形核剂(即孕育剂或变质剂)作为非均匀形核的晶核。变质剂作用取决于接触角（润湿角）θ：θ越小，形核剂的作用大。 晶核与变质剂符合点阵匹配原则：结构相似、(原子间距)大小相当。 错配度（mismatch）： 定义：δ= |a－a1|/a 如：Zr能促进Mg的非均匀形核，WC能促进Ag的非均匀形核。 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 一方面，由液态的不规则排列转变为晶态的规则排列状态，使整个体系体积自由能降低。 另一方面，由于形成新的表面，使表面自由能升高 假设由于结构起伏所形成的晶胚为球形，半径为r*,则此时体系的自由能变化为： 在一定温度下，ΔGv和σ是确定值，所以ΔG是r的函数。 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