凝固科学基础复习梗概

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1、一．1.实验数据液体结构定性推论熔化时，约3-5%的体积膨胀。原子间距增加1-1.5%,排列松散Lb>>Lm与固态相比，金属原子的结合键破坏很少部分熔化时熵增大排列的有序性下降，混乱度增加气、液、固相比较，液态金属结构更接近固态2.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：液态中有一些紊乱分布的原子，造成对X射线的散射3.径向分布函数r，距参考原子的距离；nr，r+dr，半径为r和r+dr之两球面间的壳层内的原子中心数；ρ（r），r处单位体积内的原子数目，number

2、density。4.近程(有)序：在几个原子间距范围内，质点的排列与固态相似，排列有序5.液态金属配位数：邻近参考原子密集排列的第一球壳原子数。即r-原子密度图中第一单峰下的面积。6.温度升高，液体径向分布密度的变化：峰值下降7.液体结构理论：（1）点阵理论：将液体看作是各处被破坏的固体。包括晶胞理论、孔穴或效结构理论。（2）钢球随机密堆积模型：液体是原子或分子刚球的随机密集堆积物，其中没有晶体区域，也没有大到足以容纳另一原子的空穴。8.杂质的存在破坏了液体的均匀性，造成分布不均。由于散热和纯净度影响，存在1）温度不均匀（能

3、量起伏）2）成分和浓度的不均匀（起伏）3）相和结构的不均匀（起伏）正是这些不均匀，为凝固成核提供了必要条件，使实际金属凝固时成核更容易。9.熔化前后：扩散率增加、电阻增加、体积增加、Lb>>Lm，SL>SS10.流体(fluid)：在剪切力作用下（无论多小）可连续变形的物质。牛顿流体(newtonianfluid)：变形速率与剪切应力成正比例的流体。流体的黏滞性：流体抵抗剪切变形的能力。度量：黏度。从微观的角度看，其本质是反映质点间作用力大小。描述流动时内摩擦。影响粘度的因素：在高出熔点不太多的温度范围内，T升高，粘度hη下

4、降，流动性好。一般的趋势是熔点愈高，粘度愈大，但Sb和Mg例外。固态杂质使液态金属粘度升高，因为固态杂质增加流体内摩擦。11.界面：相与相间的分界。表面张力：表面上单位长度受的力。使表面变形需要做功。由于内部分子原子的吸引，在液体自由表面上存在表面张力是最直观的物理现象，它使液体表面积趋于最小。界面自由能：单位面积上的界面能量。表面自由能为σ（J/m2）的表面具有大小为σ（N/m）的表面张力。一般的趋势是熔点愈高，表面张力愈大，但B例外。Laplace方程：对于球形界面，r1=r2=RLaplace方程的应用-最大气泡压力法

5、测量表面张力（金属液面下h处，半径为r的球形气泡所受总压力P）接触角a)θ<90°，液体L湿润固体S，V表示气体；b)θ>90°，液体不湿润固体二．1.对于恒温和恒容下，使用A作为判断标准。对于恒温和恒压下，使用G作为判断标准。ΔG=0，则系统处于平衡状态。ΔG<0，相变倾向于自发进行。ΔG>0，相变将自发地朝相反方向进行。2.　熔化熵ΔS=ΔH/Tm=L/Tm熔化吸热，ΔH为正；实验证明，大多数金属：ΔS≈R（8.31Jmol-1K-1)，摩尔气体常数称为Richard法则。物质在冷却到平衡熔点以下继续保持液态，称为过冷（

6、supercooling）。凝固过程在温度低于熔点（液相线温度）情况下才可能发生。过冷度凝固驱动力：是固态和液态的自由能差。是由过冷度提供的；过冷度越大，凝固驱动力越大。3.设成分为XB系统，α、β两相结构，α、β两相浓度分别为Cα、Cβ，系统的平均自由能G？两相平衡浓度？α、β两相浓度分别为Cα、Cβ，二相自由能相应在G曲线d、e两点。作溶液的平均浓度XB的垂直线。垂线与de线的交点h的高度XBh等于系统的平均自由能G。两相平衡浓度为Cαe、Cβe（两相溶液切线规则）4.A、B两组元形成α、β两相，平衡的热力学条件：各相的

7、温度T、压力P和每个组元在各个相的化学位μ必须相等。Tα=TβPα=PβμAα=μAβ，μBα=μBβ使用自由能作为判据时，平衡条件是在一定的温度和压力下，一个封闭系统（成分和质量固定的系统）的自由能处于可能的最低值。5.在常温常压下，石墨是碳的平衡结构，是稳定相，金刚石是亚稳相。6.Clausius-Clapeyron方程压力增大，熔点升高例：估计压力变化10kbar引起的铜的平衡熔点的变化。已知液体铜的摩尔体积为8.0´10-6m3/mol，固态为7.6´10-6m3/mol，熔化潜热Lm=13.05kJ/mol，熔点为

8、1083°C。将各已知量代入：三．1.凝固得到的固体可以是晶体或非晶体，但是结晶得到的只能是晶体结晶–形核和生长两阶段，新界面生成和推移长大；形核分为均质形核（在整个区域均匀自发形核）和异质形核（在基底上形核，是主要方式）新核的体积自由能下降-形核动力；界面能构成形核阻力临界晶核半径r≥r