《材料科学基础》第3章凝固与结晶.ppt

西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 形核功 与均匀形核相比 结论： A’ A ?LW ↑ 、?SL ↓ 、?SW ↓ 即S相与基底越浸润,形核功越小 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 4．非均匀形核率 ?T N ~ 0.2 Tm ~ 0.02 Tm 1）特点 随?T↑—— N增大较平缓 有下降阶段，并中断 —— 基底用尽 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 2）影响因素 ?T ↑――N↑ θ↓――A’↓――N↑ 表面形状： 物理因素： 凸―――N小 平―――N中 凹―――N大 外加物理场能――N大 缺陷――N大 机械力场――N大 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 第四节 晶体的长大 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 一、晶体长大条件 热力学条件： 动力学条件： 动态过冷度?Tk ?G 0 液→固固→液 L/S界面向液体一侧推进 晶体长大 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 二、L/S 界面微观结构 几个原子层厚的过渡层 （金属及部分有机物） 微观 宏观 高低不平 粗糙界面 （非结晶学界面） 平直 非小平面界面 L/S界面 密排面 （多数无机物） 微观 光滑 光滑界面 （结晶学界面） 宏观 锯齿状 小平面界面 称为 称为 称为 称为 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 固体 液体 固体 液体 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 三、晶体长大机制 1. 垂直长大 粗糙界面 ?T动态小（0.001～0.05℃） 长大速度快 2）特点： 1）方式： —— 半数晶格位置空闲 —— 液态原子可以直接进入并连接 —— 垂直长大 固体 液体 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 2. 横向长大 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 1）二维晶核机制 以均匀形核方式形成二维晶核（台阶、小薄片） 液态原子迁移到台阶侧面 台阶横向长大 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 2）晶体缺陷台阶机制 晶体缺陷 （螺位错－台阶或孪晶－沟槽） 不消失的台阶 台阶横向长大 液态原子迁移到台阶侧面 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 3）特点： ?T动态大（1～2℃） 长大速度小 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 四、晶体长大形态（纯金属） 1. L/S界面上的温度梯度 正梯度： 结晶潜热只能通过固相散出――随距离↑，?T ↓ 负梯度： 结晶潜热能通过固相、液相散出――随距离↑，?T ↑ Tm T 距离 固 液 ?T 界面 热量 Tm T 距离 固 液 ?T 界面 热量 热量 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 2. 晶体长大的形态 正梯度： 突出部分过冷度减小 粗糙界面――平直平面 光滑界面――小锯齿平面 ―平面状 ――熔化― 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 负梯度： 突出部分过冷度增大 粗糙界面――树枝 光滑界面――小平面树枝 －树枝状 ――优先生长－ 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 第六节 结晶理论的应用 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 一、铸件晶粒细化 形核剂、振动、 外场 —— N↑—— 晶粒细化 冷速↑ 形核率↑（主导） 长大速度↑ —— 形成大量晶核 —— ?T ↑ —— 晶粒细化 —— 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 二、单晶制备 极缓冷 —— ?T动态 ?T ?T形核 高纯 —— 消除非均匀形核 —— 仅形成一个晶核 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 三、定向凝固 控制冷却方式 —— 特定的温度梯度 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 四、非晶态金属 缺陷极多的晶体 强度高、韧性高 耐腐蚀性高 导磁性强 * * * * 第3章凝固与结晶 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 液体－－－→固体 凝固 液体－→晶态固体 结晶 相： 结构相同，性质相同，聚集状态相同的均匀体 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 一 、金属结晶微观现象 形核 —— 长大 第一节 金属结晶的基本规律 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * 三、金属结晶的宏观现象 金属液体降温 1．冷却曲线与金属结晶温度 液体减少固体增多 结晶结束（液体耗尽） 温度再次下降 T（℃） t 至Tm并不开始结晶 Tm 降温至Tn开始结晶 Tn （1） 金属液体温度回升至接近Tm （2） 恒温结晶 （3） （4） 西北工业大学 材料学院 王永欣主编 * （1） Tm：理论结晶温度 Tn ：实际结晶温度 （2）温度回升： 结晶潜热释放 （3）平台： 体系散热 = 结晶潜热释放 （4）固体降温 T（℃） t Tm Tn （1） （2） （3） （4） 西北工业大学 材料学院 王永欣主编