液态金属的结构

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1、6StructureandPropertiesofLiquidMetals1.1液态金属的结构1.2液态金属的性质第一章液态金属的结构与性质211.1液态金属的结构凝固过程从液态开始。金属和合金液的结构对凝固过程和组织有重要影响。合金液的预处理，如过热处理、微合金化处理等可以改变液体的状态与结构，从而影响凝固组织。科学上对物质的液体状态的认识，远远落后于气态和固态。第一章液态金属的结构与性质3对气态结构的认识在十八、十九世纪，气体状态可清晰地用数学公式表示。理想气体中原子或分子被看成是一些弹性小球，在低压和中压下，运动距离平均值与其尺寸相比是很大的，故相互作用力可忽

2、略。理想气体状态方程：PV=nRT高压下，质点见相互作用力和所占体积不可忽略，进行修正。第一章液态金属的结构与性质42对气态结构的认识范德瓦尔斯（VanderWaals’）公式：(P+a/V2)(V-b)=nRTP-压力V-摩尔体积R-通用气体常数T-温度a/V2-考虑原子和分子间相互作用力b-与原子或分子体积有关的常数第一章液态金属的结构与性质5对固态结构的认识二十世纪初，衍射技术（X射线）的发现，固态结构被清楚认识。在晶体物质的结构中，原子或原子团在空间是按规则的几何图形排列的—长程有序（long-rangeorder）。原子在原子中心位置不断进行热振动，在温度

3、为0K时，原子“停止”运动。在固态时必须考虑各原子间相互作用。第一章液态金属的结构与性质63固态结构第一章液态金属的结构与性质7液态结构的研究方法液态结构研究的困难：–相邻原子间作用力必须考虑；–但原子的相对位置不能明确规定。因为通常任一原子其四周的原子排列状况，与别的原子相比，总有所不同。研究方法有两种：间接方法、直接方法第一章液态金属的结构与性质841.1.1熔化与凝固时基本物理参数的变化规律A.体积变化CrystalStructureTV/VmmsMatterType(K)(%)金属熔化，由固体变成Nabcc3702.6液体时，比容仅增加Febcc/fcc18

4、093.63-5%。即原子间距平Alfcc9316.9均只增大1～1.5％这％Agfcc12343.51说明原子间仍有较大Cufcc13563.96的结合能。液态原子Mghcp9242.95的结构仍有一定的规Znhcp6924.08律性。表1-1金属熔化时的体积变化第一章液态金属的结构与性质9B.潜热熔化潜热一般只有升华热的3-7%，即熔化时原子间的结合能仅减小了百分之几。THTHElementmmbbHb/H(0C)(kcal/mol)(0C)(kcal/mol)mAl6602.50248069.627.8Au10633.06295081.826.7Cu10833

5、.11257572.823.4Fe15363.63307081.322.4Zn4201.7390727.516.0Cd3211.5376523.815.6Mg6502.08110332.015.4表1-2几种晶体物质的第一章熔化液态金属的结构与性质潜热（Hm）和气化潜热(Hb)105C.熵的变化–金属由固态变成液态时，熵增大，表明液态中原子热运动的混乱程度，与固态相比有所增大。–在熔点附近其混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。表1-3某些金属的熵值变化第一章液态金属的结构与性质11D.传输特性改变液态金属电阻加大，因原子热振动振幅增大，结构无序性加大；扩散系数

6、D：在液体中约为固体中102~105倍；研究凝固过程溶质再分配时，各元素在固体中的扩散常被忽略。如：Mn在1550℃Fe液中，D=6´10-5cm2/s；在固态g-Fe中，D=4´10-9cm2/s；第一章液态金属的结构与性质126液固转变发生的性质变化（1）通常，大多数金属熔化有约3-5%的体积膨胀。表明原子间距增加1-1.5%。（2）汽化潜热Lb远大于熔化潜热Lm。Lb/Lm=15-28。（3）熔化时熵增大。表明原子排列混乱程度增加，有序性下降。第一章液态金属的结构与性质13初步定性结论液态金属与固态相比，金属原子的结合键破坏很少部分；原子间距稍增大，排列松散；

7、排列的有序性下降，混乱度增加；气、液、固相比较，液态金属结构更接近固态。第一章液态金属的结构与性质1471.1.2液体结构的衍射研究衍射图像：晶体：位置明确的清晰线条或分布规则的亮点。液体：少数几条宽而模糊的衍射带或漫射光环。表明：晶体质点排列规整在平衡位置做热振动，液态中有一些紊乱分布的原子，造成对X射线的散射，。第一章液态金属的结构与性质15晶体：平移、对称性特征，长程有序——原子以一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动。液体：不具备平移、对称性；长程无序、近程有序。——相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡