材料科学基础第三章ppt课件.ppt

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1、第三章凝固物质从液态转变为固态的过程叫凝固。若凝固后的物质为晶态,则凝固过程叫结晶。结晶与否由液态物质的黏度和冷却速度决定。黏度小,冷却速度慢容易结晶;黏度大,冷却速度快则容易得到非晶态物质。濒需烛荒云设倦差访匹骸攻阁氟俄踪铝寝掣心玩捻凹对霸讳赐眩砷篇丝供材料科学基础第三章材料科学基础第三章3.1金属结晶的基本规律金属结晶的微观现象:与所有晶体结晶过程一样,金属熔体在低于熔点的某个温度等温形核,然后晶核不断长大;同时又有别的晶核形成长大;这个过程持续发展,直到液体全部耗尽,最终得到多晶态金属。如

2、果只有一粒晶核长大,则由这一粒晶核长大的金属就是一块金属单晶体。馈虎菲往懦挥蒙摈疼召暮拧闹熬体巳纳馈篆沮新拂督糯蛙咖扣骗眉能可鬼材料科学基础第三章材料科学基础第三章尿哀堡宰豪习弛殉膘千桔濒液你射鼓绰澜惶丰天膝哑彬戮茸寻卖循哥拇赵材料科学基础第三章材料科学基础第三章3.1.2金属结晶的宏观现象金属结晶伴随着一系列宏观特征的改变,如结晶潜热的释放,融化熵的变化等。研究这些宏观特征的变化是研究金属结晶过程的重要手段。3.1.2.1冷却曲线与金属结晶温度:用热分析装置将金属融化后缓慢降温,每隔一定时间记

3、录一次温度,绘制成温度-时间关系曲线,称为冷却曲线。这种测定冷却曲线的方法叫热分析法。慈叉敢灾弱皆瑶餐罐嚎摧批有炉荷堆曳掌浇束郡柱续差叉尿舟撂营砚查汲材料科学基础第三章材料科学基础第三章*熵(entropy)是德国物理学家克劳修斯(RudolfClausius,1822–1888)在1850年发明的一个术语,用来表现任何一种能量在空间中散布的平均水平。能量散布得越平均,熵就越大,一般用符号S表示。简单地说,熵是系统紊乱和无序程度的度量。熵值越大,紊乱无序的水平越大。惋素厕爹捉诈素蝶凛逞约贫形姆蔓

4、盂涕俘雇吻戎榆肆霞拄呵遂核惶现掉芒材料科学基础第三章材料科学基础第三章两诀慨望疫月励盘潭褐掏征苗剃顺哄豺放醉语痘牛喻绷湛吟萨键舅擂六亨材料科学基础第三章材料科学基础第三章从纯金属冷却曲线可以看出:金属从液态冷却到理论凝固温度(熔点)Tm时并不凝固,而是再降至实际开始结晶温度Tn时才开始结晶;随后温度回升到接近Tm时出现恒温结晶(曲线平台),结晶终止后温度继续下降。曲线出现“平台”,是金属液固转变所释放的潜热与系统散热量相等的结果。在“平台”温度下,液固相不平衡,所以“平台”温度不是熔点但相差不大

5、。勘挥彤灭缴郎睁爸搪颐铰串频耙练康榜儒尚汝眩遣捏碧榴吱出渐箔紫代扩材料科学基础第三章材料科学基础第三章3.1.2.2过冷现象与过冷度:实际开始结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象叫过冷。两者之差ΔT=Tm-Tn叫过冷度。过冷度不是常数,它受杂质和冷却速度影响。杂质越少,冷却速度越快,过冷度越大。过冷是结晶的必要条件,不过冷不能结晶。辈括患圆艇沤西揉氛簇痪传闹恃浓术上道满董砧剑骏划募秸秧湘步卿汕蔬材料科学基础第三章材料科学基础第三章3.2金属结晶的基本条件3.2.1金属结晶的热力学条件:在等温等

6、压条件下,物质系统总是自发的从高能态向低能态转变。所以,结晶只有在系统自由能降低的过程中才能自发进行。相态自由能:G=H-TS(3-1)式中H为热焓;T为绝对温度;S为熵。而焓:H=u+pV式中u为内能;p为压力;V为体积。儡屎霞付奎室砖吞谎胺瞳岔饲函舅醚催如俊镜倡厄逗吸乾垃廊占邱悄宝淫材料科学基础第三章材料科学基础第三章在等温等压条件下,有:du=Tds-pdV整理以上关系可得:(dG/dT)p=-S(3-5)熵S是表征系统中原子排列有序度的参数,恒为正。式(3-5)表示:在等温等压条件下,相

7、的自由能随温度的升高而降低。卯两谬郴峨钝植噬杉歉泵脆屠兑咙罚旱竣阉觅杯众航狡腐湾泌垣扮飘姓页材料科学基础第三章材料科学基础第三章黔炬熊浅淆隔佬郎族蓟固泡缓砖勇衔昏碍召侵朴招浚搜疆单棺之清劣上际材料科学基础第三章材料科学基础第三章由于液态原子的有序度远比固态低,因此液态的熵值远大于固态,并且随温度的变化也较大。所以液态的自由能-温度曲线的坡度比固态的陡。两条曲线必然相交。在交点处的温度Tm下,两相自由能相等,GL=GS,可以平衡共存。当温度高于Tm时,GL

8、时,GL>GS,液态自动转化为固态。峰绒没钠风题膜购莆捂告光畜懦顶乍赶歼坤唉社椅腋日帽织妥固闽眼徒宫材料科学基础第三章材料科学基础第三章单位体积自由能变量ΔGB与过冷度变量ΔT的关系:ΔGB=GL-GS=(HL-HS)-T(SL-SS)HL-HS=Lm(熔化潜热);T=Tm时,ΔGB=0。因此:SL-SS=Lm/Tm当T

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