第1章液态金属的结构与性质2014ppt课件.ppt

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1、第一章液态金属的结构与性质授课：刘洪喜第一节液体概念的引入一、液体类型（按液体结构和内部作用力分）原子液体；分子液体；离子液体二、液体的特征、结构和性质最显著特征：流动性*结构特征：“远程无序”而“近程有序”物理性质：密度，粘度，导电率，热导率，扩散系数物化性质：等压热容，等容热容，熔化和气化潜热，结晶潜热，表面张力，界面张力热力学性质：蒸汽压，膨胀和压缩系数*三、液态金属结构的研究方法间接方法：即通过固-液、固-气转变后一些物理性质的变化判断液态原子的结合状况直接方法：X射线衍射分析研究液态金属原子排列状况*四、液体与固体、气体的比较第二节液体金属的结

2、构一、液态与固态、气体的结构比较及衍射特征二、由物质熔化过程认识液态金属的结构三、实际金属的液态结构四、液态金属结构的理论模型五、对液态金属结构的再认识及研究新进展了解（一）液态与固态、气体结构比较晶体——原子在晶格节点上表现出平移、对称性特征，同时以某种模式在平衡位置作热振动（远程有序）气体——分子和原子无规则运动，分子平均间距比其尺寸大得多，空间分布上表现为完全无序液体——相对于晶体而言，液体原子在宏观上不具备平移对称性（远程无序），相对于气体，表现为近程有序一、液态与固态、气体结构比较及衍射特征图气体、液体、非晶及晶态固体的结构特点及衍射特征（二）

3、液态与固态、气体的衍射特征举例：液态和固态Au的X射线衍射图像1、液态Au的X射线衍射图像显示出一慢射的衍射环，表明在液态Au中存在一些紊乱分布的原子，造成对X射线的散射2、固态Au的X射线衍射图像为分布规则的亮斑（点），显示出了与特定晶面反射相一致的衍射斑，原子排列较规则（三）液态金属的径向分布函数偶分布函数g(r)的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρ0（=N/V）的相对偏差1、当r（距离参考原子的距离）小于原子的半径，由于原子斥力，2、当r（距

4、离参考原子的距离）较大时，相当于非晶态3、也就是说，在近距离范围内，液态原子的排列位置与固态相似，而在远距离范围内就缺乏有序排列了○径向分布函数（RDF）上式表示在r和r+dr之间的球壳中原子数的多少。图中带点的红色曲线为稍高于熔点时（白色）各种液态碱金属的径向分布函数变化平均原子间距r：对液态，对应于RDF第一峰的位置，r=r1表示参考原子至其周围第一配层各原子的平均原子间距配位数N1：RDF第一峰之下的积分面积液体平均原子间距r1和N1被认为是液体最重要的结构参数N1表示参考原子周围最近邻(第一壳层)原子数（如图）r1表示参考原子与其周围第一配位层各

5、原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距图　液体配位数N1的求法二、由物质熔化过程认识液态金属结构物质熔化时——体积变化、熵变和焓变一般均不很大（具体见书中的表1-1）。金属熔化时体积变化（多增大）为3%~5%。表明液体原子间距接近于固体，在熔点附近系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体金属熔化潜热比气化潜热小得多（见表1-2），大约为3%~7%。表明熔化时，其内部原子结合键只有部分被破坏，液体金属内原子的局部分布仍有一定规律。即固态向液态转变时，原子的结合键破坏有限，液态和固态的结构是相似的熔化潜热——指当物质加热到熔点后，从固态变为液态或由液态变

6、为固态时吸收或放出的热量结晶潜热——在温度保持不变的情况下，单位质量的物质从液态转变到固态时所释放出的热量气化潜热——常压下，单位质量的物质在一定温度下由液态转换成气态所需的热量汽化潜热——即温度不变时，单位质量的某种液体物质在汽化过程中所吸收的热量。汽化分两种，蒸发和沸腾。两者都吸热，蒸发只在液体表面，而沸腾是液体的内部和表面同时进行的三、实际金属的液态结构理想纯金属液态结构能量起伏和结构起伏实际纯金属液态结构存在大量多种分布不均匀、存在方式（溶质或化合物）不同的杂质原子金属（二元合金）液态结构存在第二组元时，表现为能量起伏、结构起伏和浓度起伏实际金属

7、（多元合金）液态结构相当复杂，存在着大量时聚时散，此起彼伏的原子团簇、空穴等，同时也含有各种固态、气态杂质或化合物，表现为三种起伏特征交替能量起伏指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也会随时间而不停变化，出现时高时低的现象结构起伏指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断分化组合，由于“能量起伏”，部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，这样此起彼伏，不断发生着涨落过程，似乎团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象浓度起伏指在多组元液态金属中，由于同种元素及

8、不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起而把别的原子排