自由能和温度曲线熵的物理意义是表征系统中原子排列混乱程度的参数 材料学基础课程 第六章 第一部分

自由能和温度曲线熵的物理意义是表征系统中原子排列混乱程度的参数


材料学基础课程 第六章 第一部分


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第6章 纯晶体的凝固
相变： 从一种相到另外一种相的转变。 凝固： 由液相至固相的转变。 结晶： 如果凝固后的固体是晶体，则凝固 又可称之为结晶。
金属结晶的现象 一、结晶过程的宏观现象 （一）过冷现象
6.2 纯晶体的凝固
金属在结晶之前，温度连续下 降，当液态金属冷却到理论结 晶温度 Tm(熔点)时，并未开 始结晶，而是需要继续冷却到 Tm之下某一温度T，液态金属 才开始结晶。 金属的实际结晶温度T与理论 结晶温度 Tm 之差，称为过冷 度，ΔT ＝ Tm － T ，过冷度越 大，则实际结晶温度越低．
Tm T
纯金属结晶时的冷却曲线
过冷度不是恒定值，影响因素： 金属性质、纯度、冷却速度 金属不同，过冷度的大小也不同； 金属的纯度越高，则过冷度越大。 当以上两因素确定之后，过冷度的大小主要取决于冷 却速度。冷却速度越大，则过冷度越大，即实际结晶 温度越低。反之，冷却速度越慢，则过冷度越小，实 际结晶温度越接近理论结晶温度。
对于一定的金属来说，过冷度有一最小值，若过冷度 小于这个值，结晶过程就不能进行。
（二）结晶潜热
熔化潜热
相变潜热
结晶潜热：
一摩尔物质从一个相转变为另一个 相时，伴随着放出或吸收的热量。 平台延续的时间就是结晶过程所用的时间
Tm T
纯金属结晶时的冷却曲线
二、金属结晶的微观过程 结晶过程是形核与长大的过程
6.2.1
液态结构
在液体中的微小范围内，存在着紧密接触规则排列的 原子集团，称为近程有序。但在大范围内原子是无序 分布的。 而在晶体中大范围内的原子却是呈有序排列的，称之 为远程有序。 近程有序结构可在金属液体中各处处于“时聚时散， 此起彼伏”的不断变动之中，这种近程有序的聚散现 象，称为结构起伏，或相起伏。 相起伏是液态金属结构的重要特征之一，是产生晶核 的基础，可提供金属结晶的结构条件。
在液态金属中，每一瞬间都 涌现出大量的尺寸不等的相 起伏，在一定的温度下，不 同尺寸的相起伏出现的几率 不同。 尺寸大的和尺寸小的相起伏 出现的几率都很小。
rmax
在每一温度下出现的尺寸最大 的相起伏存在着一个极限值 rmax 。rmax 的尺寸大小与温度 有关，温度越高，则rmax 尺寸 越小，温度越低，则rmax 尺寸 越大。 在过冷的液相中rmax 尺寸可达 几百个原子的范围。只有在过 冷液体中出现的尺寸较大的相 起伏才有可能在结晶时转变成 为晶核，这些相起伏就是晶核 的胚芽，称为晶胚。 rmax 过冷度△T
6.2.2
晶体凝固的热力学条件
一、自由能和温度曲线 熵的物理意义是表征系统中原 子排列混乱程度的参数。 温度升

相变： 从一种相到另外一种相的转变。 凝固： 由液相至固相的转变。 结晶： 如果凝固后的固体是晶体，则凝固 又可称之为结晶。