金属学补习班课件-9

第二章纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属由液态转变为固态的过程。结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。第二章纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属由1第二章纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔点通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶。而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。第二章纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔2第二章纯金属的结晶§2.1金属结晶的现象§2.2金属结晶的热力学条件§2.3金属结晶的结构条件§2.4晶核的形成§2.5晶核的长大第二章纯金属的结晶§2.1金属结晶的现象§2.2金属结3§2.1金属结晶的现象冷却曲线结晶潜热结晶温度§2.1金属结晶的现象冷却曲线结晶潜热结晶温度4结晶过程宏观现象过冷结晶潜热结晶过程宏观现象过冷结晶潜热5金属学补习班课件-96金属结晶微观过程形核长大形成多晶体两个过程重叠交织金属结晶微观过程形核长大形成多晶体两个过程重叠交织7§2.2金属结晶的热力学条件§2.2金属结晶的热力学条件8熵的物理含义：系统中原子排列混乱程度。恒压熵的物理含义：系统中原子排列混乱程度。恒压9§2.2金属结晶的热力学条件§2.2金属结晶的热力学条件10§2.2金属结晶的热力学条件§2.2金属结晶的热力学条件11§2.2金属结晶的热力学条件两相自由能差潜热结晶温度过冷度§2.2金属结晶的热力学条件两相自由能差潜热结晶温度过冷度12§2.3金属结晶的结构条件§2.3金属结晶的结构条件13§2.3金属结晶的结构条件§2.3金属结晶的结构条件14§2.3金属结晶的结构条件§2.3金属结晶的结构条件15§2.3金属结晶的结构条件能量起伏相起伏晶胚晶核§2.3金属结晶的结构条件能量起伏相起伏晶胚晶核16§2.4晶核的形成均匀形核非均匀形核是指完全依靠液态金属中的晶胚形核的过程，液相中各区域出现新相晶核的几率都是相同的。§2.4晶核的形成均匀形核非均匀形核是指完全依靠液态金属中的17是指晶胚依附于液态金属中的固态杂质表面形核的过程。§2.4晶核的形成均匀形核非均匀形核是指晶胚依附于液态金属中的固态杂质表面形核的过程。§2.4晶18金属学补习班课件-919形核率是指单位时间内单位体积液体中形成晶核的数量。用N＝N1*N2表示。形核功影响原子扩散能力急冷非晶态材料形核率是指单位时间内单位体积液体中形成晶核的数量。用N＝N120§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成21§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成22§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成23金属学补习班课件-924非均匀形核非均匀形核25非均匀形核非均匀形核26§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成27§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成28金属学补习班课件-929固态基面结构的影响固态基面结构的影响30金属学补习班课件-9314过热度5搅拌和振动4过热度32非均匀形核率所需过冷度较小点阵匹配原理固相表面原子排列与新相点阵结构相似时，既能有效促进新相的非均匀形核。振动、搅拌、超声波非均匀形核率所需过冷度较小点阵匹配原理固相表面原子排列与新相33§2.5晶核的长大晶体长大条件液相中原子不断向晶体扩散提供原子（有足够高的温度）2.晶体表面能不断而牢固地接纳原子（固液界面结构、温度分布、散热方向等）。§2.5晶核的长大晶体长大条件液相中原子不断向晶体扩散提供原34§2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺度观察，这种界面是光滑平整的。通常为密排晶面§2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺35§2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺度观察，这种界面是粗糙的，又称为非小平面界面§2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺36X为液固界面上的原子位置被固相原子占据的比率X为液固界面上的原子位置被固相原子占据的比率37金属学补习班课件-938结论：（杰克逊因子）金属多数为粗糙界面有机和无机化合物多数为光滑界面半导体材料多为混合型界面结构结论：（杰克逊因子）39晶体长大机制光滑界面粗糙界面二维晶核长大机制螺型位错长大机制台阶垂直长大机制晶体长大机制光滑界面粗糙界面二维晶核长大机制螺型位错长大机制40金属学补习班课件-941金属学补习班课件-942液固界面前沿液相中温度梯度正温度梯度液固界面前沿液相中温度梯度正温度梯度43液固界面前沿液相中温度梯度负温度梯度液固界面前沿液相中温度梯度负温度梯度44金属学补习班课件-945金属学补习班课件-946正温度梯度下生长的界面形态光滑界面以密排面为外表面的有规则几何外形晶体粗糙界面平面长大方式正温度梯度下生长的界面形态光滑界面以密排面为外表面的有规则几47金属学补习班课件-948负温度梯度下生长的界面形态光滑界面规则几何外形晶体或者树枝状粗糙界面树枝状负温度梯度下生长的界面形态光滑界面规则几何外形晶体或者树枝状49金属学补习班课件-950长大速度过冷度先快后慢长大机制台阶长大慢垂直长大快长大速度过冷度先快后慢长大机制台阶长大慢51晶粒大小的控制控制过冷度晶粒大小的控制控制过冷度52金属学补习班课件-953金属学补习班课件-954晶粒大小的控制变质处理点阵匹配控制过冷度振动、搅拌、超声波晶粒大小的控制变质处理点阵匹配控制过冷度振动、搅拌、超声波55第二章纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属由液态转变为固态的过程。结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。第二章纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属由56第二章纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔点通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶。而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶。第二章纯金属的结晶凝固结晶平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔57第二章纯金属的结晶§2.1金属结晶的现象§2.2金属结晶的热力学条件§2.3金属结晶的结构条件§2.4晶核的形成§2.5晶核的长大第二章纯金属的结晶§2.1金属结晶的现象§2.2金属结58§2.1金属结晶的现象冷却曲线结晶潜热结晶温度§2.1金属结晶的现象冷却曲线结晶潜热结晶温度59结晶过程宏观现象过冷结晶潜热结晶过程宏观现象过冷结晶潜热60金属学补习班课件-961金属结晶微观过程形核长大形成多晶体两个过程重叠交织金属结晶微观过程形核长大形成多晶体两个过程重叠交织62§2.2金属结晶的热力学条件§2.2金属结晶的热力学条件63熵的物理含义：系统中原子排列混乱程度。恒压熵的物理含义：系统中原子排列混乱程度。恒压64§2.2金属结晶的热力学条件§2.2金属结晶的热力学条件65§2.2金属结晶的热力学条件§2.2金属结晶的热力学条件66§2.2金属结晶的热力学条件两相自由能差潜热结晶温度过冷度§2.2金属结晶的热力学条件两相自由能差潜热结晶温度过冷度67§2.3金属结晶的结构条件§2.3金属结晶的结构条件68§2.3金属结晶的结构条件§2.3金属结晶的结构条件69§2.3金属结晶的结构条件§2.3金属结晶的结构条件70§2.3金属结晶的结构条件能量起伏相起伏晶胚晶核§2.3金属结晶的结构条件能量起伏相起伏晶胚晶核71§2.4晶核的形成均匀形核非均匀形核是指完全依靠液态金属中的晶胚形核的过程，液相中各区域出现新相晶核的几率都是相同的。§2.4晶核的形成均匀形核非均匀形核是指完全依靠液态金属中的72是指晶胚依附于液态金属中的固态杂质表面形核的过程。§2.4晶核的形成均匀形核非均匀形核是指晶胚依附于液态金属中的固态杂质表面形核的过程。§2.4晶73金属学补习班课件-974形核率是指单位时间内单位体积液体中形成晶核的数量。用N＝N1*N2表示。形核功影响原子扩散能力急冷非晶态材料形核率是指单位时间内单位体积液体中形成晶核的数量。用N＝N175§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成76§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成77§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成78金属学补习班课件-979非均匀形核非均匀形核80非均匀形核非均匀形核81§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成82§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成83金属学补习班课件-984固态基面结构的影响固态基面结构的影响85金属学补习班课件-9864过热度5搅拌和振动4过热度87非均匀形核率所需过冷度较小点阵匹配原理固相表面原子排列与新相点阵结构相似时，既能有效促进新相的非均匀形核。振动、搅拌、超声波非均匀形核率所需过冷度较小点阵匹配原理固相表面原子排列与新相88§2.5晶核的长大晶体长大条件液相中原子不断向晶体扩散提供原子（有足够高的温度）2.晶体表面能不断而牢固地接纳原子（固液界面结构、温度分布、散热方向等）。§2.5晶核的长大晶体长大条件液相中原子不断向晶体扩散提供原89§2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺度观察，这种界面是光滑平整的。通常为密排晶面§2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺90§2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺度观察，这种界面是粗糙的，又称为非小平面界面§2.5晶核的长大液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺91X为液固界面上的原子位置被固相原子占据的比率X为液固界面上的原子位置被固相原子占据的比率92金属学补习班课件-993结论：（杰克逊因子）金属多数为粗糙界面有机和无机化合物多数为光滑界面半导体材料多为混合型界面结构结论：（杰克逊因子）94晶体长大机制光滑界面粗糙界面二维晶核长大机制螺型位错长大机制台阶垂直长大机制晶体长大机制光滑界面粗糙界面二维晶核长大机制螺型位错长大机制95金属学补习班课件-996金属学补习班课件-997液固界面前沿液相中温度梯度正温度梯度液固界面前沿液相中温度梯度正温度梯度98液固界面前沿液相中温度梯度负温度梯度液固界面前沿液相中温度梯度负温度梯度99金属学补习班课件-9100金属学补习班课件-9101正温度梯度下生长的界面形态光滑界面以密排面为外表面的有规则几何外形晶体粗糙界面平面长大方式正温度梯度下生长的界面形态光滑界面以密排面为外表面的有规则几102金属学补习班课件-9103负温度梯度下生长的界面形态光滑界面规则几何外形晶体