第六章 单组元相图及纯晶体的凝固ppt课件.ppt

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1、第六章　单组元相图　　　　及纯晶体的凝固仪修杰2011.2.221内容简介相变规律：相律、相平衡纯晶体的凝固的热力学及动力学：形核、长大凝固后组织结构及其影响因素问题：学习相图干什么用的？2本章章节结构6.1单元系相变的热力学及相平衡6.2纯晶体的凝固6.3气-固相变与薄膜生长6.4高分子的结晶特征36.1单元系相变的热力学及相平衡6.1.1相平衡条件和相律3个概念ⅰ组元：基本单元－(单质或化合物)ⅱ相：相同的物理与化学性质；与其他部分之间有界面ⅲn元系：n个组元都是独立的体系4相律对于不含气相的凝聚体

2、系，压力的影响极小C－组元数；P－相数56.1.2、单元系相图描述：由单一组元构成的体系，不同T、P下可能存在的相及多相平衡相律为：6.1单元系相变的热力学及相平衡6.1.1相平衡条件和相律6点，线，面水的相图熔点随压力升高的变化？逐渐降低沸点随着压力升高的变化？逐渐增大7LiquidIceIIceIIIceVIceVIIIIP/KbarsT/℃高压下水的相图1bar=105pa8A2磁性转变点：由铁磁性变为顺磁性纯铁同素异构转变α-Fe、δ-Fe为体心立方结构γ-Fe为面心立方结构9两相平衡曲线的斜率1

3、011位移型相转变和重构型相转变。位移型相变快，体积变化较小重构型相变慢，体积变化较大一般相图表示的是一种平衡状态，不论相变多么的慢。亚（介）稳态：自由能较高。一般用虚线表示。12亚稳态－处于过冷状态的水113亚稳态－处于过冷状态的水214亚稳态一般用虚线表示156.2、纯晶体的凝固6.2.1、液态结构长程无序，短程有序，不稳定，瞬息万变。结构起伏－－－－能量涨落液固结构数据比较见表6.26.1单元系相变的热力学及相平衡温度变化时，在某些范围内，液态结构的变化是非连续的。166.2.2、晶体凝固的热力学条

4、件理论凝固温度：Tm6.2、纯晶体的凝固6.2.1、液态结构17从图中也可以看出，两线的差值即相变的驱动力。只有T

5、力3、体积应变能，忽略。液相核21一定温度下，GV和为定值rr*，自由能↓，稳定r*为一临界尺寸。一定温度下22临界半径一定温度下r=r*时，G>0!？23T↑，r*↓T=0，r*=∞形核功24讨论：液相自身存在的结构起伏和能量起伏！驱动力阻力＜阻力的1/3怎么办？25b、形核率单位体积液体内单位时间所形成的晶核数；原子扩散经过液固界面，到固相形核；受两个因素的控制形核功因子原子扩散的几率因子Q为越过液固界面的扩散激活能26形核率与过冷度的关系形核功因子扩散的几率T↓，

6、T↑，G↓，N↑，扩散↓N达一个最大值形核功因子控制T↓，T↑，G↓，扩散↓，N↓扩散几率因子控制27对于流动性很好的液体当下降到一温度T*时，N突然增大。此温度称为均匀形核的有效形核温度。未达上图6.7的峰值，结晶已完毕。有效形核过冷度T*=0.2Tm(K)均匀形核所需过冷度较大28以铜为例，计算形核时临界晶核的原子数有692个，这种机率很小，所以均匀形核的难度较大。几百个原子自发地聚在一起很难，与实际情况不符合292、非均匀形核实际液体中存在表界面，在这些表面上形核，可以使界面能降低，所以在

7、较小的过冷度下就可形核30自由能变化31表面能变化32体积引起的自由能变化33总的自由能变化3435非均匀形核功要小。到最大值时，结晶并没有结束，形核率会逐渐下降至凝固完毕。原因：基底减少，导致形核率降低。书上210页，又给出了Cu非均匀形核所需要的原子个数，20个。远小于均匀形核的692个。为什么？表面能的增量变小，需要用来降低能量的体积也变小。36练习题任意形状晶核的临界晶核形核功△G*与临界晶核体积V*的关系：△GV---液固相单位体积自由能差。37答案386.2.4、长大涉及的问题长大的形态长大

8、的方式长大速率6.2、纯晶体的凝固6.2.1、液态结构6.2.2、晶体凝固的热力学条件6.2.3、形核39什么是晶体长大过程？微观上：流体原子转移到固相界面上的过程，决定于液固界面的构造。而液固界面的构造又由界面热力学决定。40透明水样苯酯晶体的小面形态透明环己烷凝固成树枝形晶体411、液-固界面的构造热力学稳定的，自由能最低。杰克逊提出决定粗糙及光滑界面的定量模型。局部平衡的某一界面出现空位。假设界面上有NT个原子位置，如果