凝固热力学一次课

Prof.Dr.Prof.Dr.X.B.Zhao《ThermodynamicsPhaseDiagrams》课第一节液态第一节液态金属第三节溶质平衡分配系数第四 固--液界面成分及界面溶质分配系第二固热—、加热时固体金属的膨胀与熔化—、加热时固体金属的膨胀与熔化二、液态金属的结构三、液态金属一、加热时固体金属的膨胀与熔化一、加热时固体金属的膨胀与熔化力排斥排斥结合结合Bd0ABA原子间距原子间距力排斥排斥结合结合Bd0ABA原子间距原子间距吸引吸引图1金属原子A、B间作用力F和势能W与原子间距R的关（a）作用力与原子间距的关系（b）图3原子能垒示图3原子能垒示熔点附近：空穴数目可达原子总数的1%原子间距增加+空穴数目增加排斥结合BA原子间距吸引排斥结合BA原子间距吸引原子间距达到某一dc结合键突然破坏原子间距和空穴数目突熔化时，体积突然膨胀电阻、粘度等产生突变；二液态金属的结构二液态金属的结构熔化潜热：仅为升华热的体积变化：固→气：体积无限膨胀；原子间距1～1.5％；表1-1金属熔化时典型的体积变化ΔVm为熔化时的体积增量ΔVm/Vs(J.K-1.mol-表1-1金属熔化时典型的体积变化ΔVm为熔化时的体积增量ΔVm/Vs(J.K-1.mol--表1-几种晶体物质的熔化潜热（Hm）和气化潜热Hb/表1-几种晶体物质的熔化潜热（Hm）和气化潜热Hb/因此，金属的熔化并不是原子间结合的全部破坏，液体金属内原子的分布仍具有一定的规律性，其结构类似于固态。而不是类似气体。液态金属结因此，金属的熔化并不是原子间结合的全部破坏，液体金属内原子的分布仍具有一定的规律性，其结构类似于固态。而不是类似气体。液态金属结构特点①原子间仍保持较强的结合能，原子的排列在较小的距离内仍具有一定规律性，且原子间距增加不大。②原子集团的“近程有序”排列；即小范围保持规律性。③原子集团时刻在变化④原子集团之间距离较大，比较松散，犹如存在“空隙 原子集团的尺寸、游动速度与温度有关熔化时，金属键只是少部分破坏以Al为例而熔化潜热只相当于汽化潜热的相当于熔化时结合键只是破坏了6X（1/27.8）=0.2140012001400120015501700液相中不仅空穴数量巨大，而且有原子团间的缝隙两个液相中不仅空穴数量巨大，而且有原子团间的缝隙两个值得注意的现象：1、大部分金属熔化时电阻率增加？2、原子集团间“缝隙”与非晶态合金中自由体积的关系液非晶固Free液体、非晶态合金、晶态液非晶固Free液体、非晶态合金、晶态合金《Bulk《BulkmetallicglassSmallerisSmallerissofter较小的部位——较小的冷速快——冷速快即“冻结——冻结快则自由体积剩余多——自由体积多则容许变形弯曲，表现出一定的塑性。结构起伏浓度起伏结构起伏浓度起伏能量起伏分布不均种类多量杂质原子浓度起伏指在多组元液态金属中，由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原子排挤到别浓度起伏指在多组元液态金属中，由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，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，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化的现象结构起伏指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断分化组合，由于“能量起伏”，一部分金属原子（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，这样此起彼伏，不断发生着的涨落过程，似乎团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象能量起伏指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量实际液态金属在微观结构上相当复杂，存在着大量时聚时散，此起彼伏的原子团簇、空穴等，同时也含有各种固态、气态杂质或化合物，表现为三种起伏特征交替，是一种“浑浊”液体。实际液态金属在微观结构上相当复杂，存在着大量时聚时散，此起彼伏的原子团簇、空穴等，同时也含有各种固态、气态杂质或化合物，表现为三种起伏特征交替，是一种“浑浊”液体。X-射线中子散X-射线中子散平均原子间距r1和配位数液态结构衍射研究原液态结构衍射研究原理与步骤6、获得配位数NI=𝒓min4πr2ρ 5、获得径向分布函数R（r）4πr2ρ04、获得偶关联（双体分布）函 g（r）=ρ（r）/ ;其中3、获得金属全密度函数ρ（r）=N- 𝑘≠𝒋𝛿(𝒓+𝑹𝒌−2、获得金属全结构因子S(q)；S(q)Icoh(q)/Nf1、获得散射强IcohIcoh(q)=f 𝒋𝒆𝒙𝒑−𝒊𝒒𝒓𝒌−气偶分布函数g原子r=0)距离为ρ(r)对于平均数密度ρ0（=N/V）21ra0-气体中粒子的平均自由程液210r非晶固210r-液体气偶分布函数g原子r=0)距离为ρ(r)对于平均数密度ρ0（=N/V）21ra0-气体中粒子的平均自由程液210r非晶固210r-液体的平均原1r晶态固g(r)=ρ(r)/r0气体、液体、非晶及晶态固体的结构特点及衍射特征径向分布上径向分布上式表r之间的球壳中原子数的多少。4r2gr0配位数N1—RDF第一峰之下的积分面积配位数N1—RDF第一峰之下的积分面积表示参考原子周围最近邻(第一壳层)原子数（如图表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均液体平均原子间距r1和N1被认为是液体最重要的结构参数图液体配位数Ｎ１的求N X-射线衍射X-射线衍射SYNCHROTRONRADIATIONLIGHT宽波段高准直：与激光媲美。高偏振：得到任意偏振状态的光高亮度：是X光机的上千亿倍。窄脉冲可精确预高度稳定性、高通量、微束径、准相干中子特点中子散中子特点中子散分子水平的研究手段分析物质的结构和材料的动力学特征不带电，不与物质分子的外层电子发生作用只与原子核发生相互作用对于原子序数敏感，适于研究传统方法难于检测的轻元素特别适合研究和检测“氢原子”—对药物和化工研究至关重概念的提出：法国铸造工业技术中心炉料的某些特性，在铸件中得以体现性能指标概念的提出：法国铸造工业技术中心炉料的某些特性，在铸件中得以体现性能指标过渡（熔体阶段终过渡（熔体阶段终（铸件产品始