液态结构及凝固技术.docVIP

. . 第一章 绪论 有几种金属液态结构模型？分别是什么？ 答：（1）物理模型（Physical Model） 原子间保持较强的结合能，在较小范围内排列规则 呈“近程有序，远程无序” 由于能量起伏，液体分子处于不停游动和瞬息万变之中 （2）理论模型（Theory Model） 无规则硬球密堆积模型（Random Close Packed Sphere Model） 准晶体模型（Quasi-Crystalline Model） （3）晶体缺陷模型（Crystal Defect Model） 微晶模型：液态金属由很多微小晶体和面缺陷组成，在微晶体中金属原子（或离子）组成完整的晶体点阵，这些微晶体之间以界面相接。微晶体的存在能很好解释液态金属的短程有序，因而该模型能较好地描述近液相线液态的微观结构 空穴模型：金属晶体熔化时，在晶体网格中形成大量的空位，从而使液态金属的微观结构失去了长程有序性。大量空位的存在使液态金属容易发生切变，从而具有流动性。随着液态金属温度提高，空位的数量也不断增加，表现为液态金属粘度的减小 位错模型：液态金属可以看成是一种被位错芯严重破坏的点阵结构。在特定的温度以上，在低温条件下不含位错（或低密度位错）的固体点阵结构，由于高密度位错的突然出现而变成液体 综合模型：该模型认为，液态金属是由大量不停“游动”的原子团簇组成，原子团簇内为某种有序结构，团簇周围是一些散乱无序的原子。这些原子团簇不断地分化组合，以金属原子（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，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随温度变化而变化，原子团簇存活时间在10-7s量级 解释“短程有序”的含义，并说出其英文名称 答：短程有序，又称近程有序，Short Range Order（SRO）。在非晶体结构中[不只是非晶]，原子排列没有周期性规律，原子排列从总体上看是无规则的，但是，在一定范围内近邻原子的排列是有一定规律的，这就是“短程有序”。 简述研究液态金属结构的方法分类 答：研究液态金属结构的方法总体上分为直接法和间接法： 直接法：实验法（X射线衍射、中子衍射、电子衍射、EXAFS—Extended X-ray Absorption Fine Structure，延伸X射线吸收精细结构谱）和模拟法（蒙特卡洛法（MC）、分子动力学（Molecular Dynamics, MD）、从头算（AB Initio）、第一性原理（First Principle）） 间接法：通过研究液态金属的物理性质（如粘度、密度、导电性等性质）来研究液态金属结构的方法 简述研究液态金属结构的意义 答：通过实验研究液态金属的微观结构及其在凝固过程中的演变规律，建立凝固过程的宏微观模型；以各种宏微观模型为基础，进行凝固过程的模拟计算，确定完善的铸造工艺；铸造模具的CAD软件研究与开发；开发新型金属材料及其加工工艺。 解释“能量起伏”、“结构起伏”、“浓度起伏” 答：（1）能量起伏：液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地变化，时高时低。这种现象称为“能量起伏” （2）结构起伏：液态金属是由大量不停“游动”着的原子团簇组成，团簇内为某种有序结构，团簇周围是一些散乱无序的原子，这些原子团簇不断地分化组合，一部分原子从团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，团簇尺寸及其内部原子数量都随着时间和空间发生变化，这种现象称为“结构起伏” （3）浓度起伏：同种元素及不同种元素之间原子结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原子排挤到别处，表现为游动的原子团簇之间存在着成分差异 液态金属的哪些物理性质是怎样影响到铸造过程的 答：（1）粘度：a. 影响铸件轮廓的清晰程度（影响充型能力） b. 影响热裂、缩孔、缩松的形成倾向 （2）表面张力：液态金属凝固时析出的固相与液相的界面能越小，形核率越高，铸件晶粒越细小，性能越好 (3) 导热系数、热熔、液态结构影响凝固过程 什么是“第一性原理（First Principle）”和“从头算（AB Initio）”计算？ 答：（1）“第一性原理”计算：是一个计算物理或计算化学专业名词，广义的第一性原理计算指的是一切基于量子力学原理的计算。量子力学计算就是根据原子核和电子的相互作用去计算分子结构和分子（或离子）能量，然后计算物质的各种性质。 （2）“从头算”计算：是狭义的第一性原理计算，它是指不使用经验参数，只用电子质量、光速、质子和中子质量等少量实验参数去做量子计算。这种计算速度很慢，加入一些经验参数可以很大程度上提高计算速度，同时会牺牲计算结果精度