3凝固热力学与动力学.ppt

第三章 金属凝固热力学与动力学;内容概要;第一节 凝固热力学 第二节 均质形核 第三节 非均质形核 第四节 晶体长大;第一节 凝固热力学;一、 液-固相变驱动力;由麦克斯韦尔热力学关系式：;G = H- ST，所以：ΔGV =GS-GL =（HS- SST ）-（HL- SLT ） =（HS- HL ）-T（SS- SL ） 即 ΔGV = ΔH - TΔS 当系统 的温度 T 与平衡凝固点 Tm 相差不大时， ΔH ≈-ΔHm（此处，ΔH 指凝固潜热，ΔHm 为熔化潜热） 相应地，ΔS ≈ -ΔSm = -ΔHm / Tm，代入上式得： ;二. 曲率、压力对物质熔点的影响; ;三、溶质平衡分配系数（K0）;第二节 均质形核;一、形核功及临界半径 二、形核率;一、形核功及临界半径;令： 得临界晶核半径 r*： r* 与ΔT 成反比，即过冷度ΔT 越大，r* 越小； ΔG*与ΔT2成反比，过冷度ΔT 越大，ΔG* 越小。 ;另一方面，液体中存在“结构起伏”的原子集团，其统计平均尺寸 r°随温度降低（ΔT增大）而增大，r°与 r* 相交，交点的过冷度即为均质形核的临界过冷度ΔT*（约为0.18~0.20Tm）。 ; 临界晶核的表面积为：;二、形核率;第三节 非均质形核 ;一、 非均质形核形核功;非均质形核、均质形核过冷度与形核率 ;二、非均质形核形核条件;第四节 晶体长大 ;一、 液-固界面自由能及界面结构 ;1、粗糙界面与光界滑面; 粗糙界面与光滑界面是在原子尺度上的界面差别，注意要与凝固过程中固－液界面形态差别相区别，后者尺度在μm 数量级。;2、界面结构类型的判据 ; ? 被称为Jackson因子， ΔSf为单个原子的熔融熵。 ? ≤2的物质，凝固时固-液界面为粗糙面，因为ΔFS=0.5（晶体表面有一半空缺位置）时有一个极小值，即自由能最低。大部分金属属此类；;3、界面结构与熔融熵;4、界面结构与晶面族;5、界面结构与冷却速度及浓度;二、晶体长大方式; 1、连续长大 ;2、台阶方式长大（侧面长大）;“侧面长大” 方式的三种机制;三、 晶体长大速度;异质形核后的界面能变化为： 异质形核后体积自由能变化为 ： 异质形核引起的自由能变化为： ΔG he =ΔG（V）+ΔG(S) 由： 即可得到非均质形核时的 r* 、ΔG* 的表达式。;;? 与θ的关系图形;本章结束