液态金属性质精品文稿.ppt
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1、液态金属性质液态金属性质第1页,本讲稿共28页1.1 液态金属基本理论1.1.1 液态金属的性质液态金属的结构液态金属的结构 金属和合金材料的加工制备过程?金属和合金材料的加工制备过程?金属和合金材料的加工制备过程?金属和合金材料的加工制备过程?配料、配料、配料、配料、熔化熔化熔化熔化 和和和和 凝固成型凝固成型凝固成型凝固成型 三个阶段。三个阶段。三个阶段。三个阶段。配料配料配料配料是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百分数;是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百分数;是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百分数;是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百分数;熔炼熔炼熔炼熔炼是把固态炉料熔化成具
2、有确定成分的液态金属;是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金属;是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金属;是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金属;凝固凝固凝固凝固是金属由液态向固态转变的结晶过程,它决定着金属材料的微是金属由液态向固态转变的结晶过程,它决定着金属材料的微是金属由液态向固态转变的结晶过程,它决定着金属材料的微是金属由液态向固态转变的结晶过程,它决定着金属材料的微观组织特征。观组织特征。观组织特征。观组织特征。液相成型液相成型第2页,本讲稿共28页固态金属固态金属 按原子聚集形态分为按原子聚集形态分为 晶体与非晶体晶体与非晶体。晶体晶体凡凡是是原原子子在在空空间间呈呈规规则则的的
3、周周期期性性重重复复排排列列的的物质称为晶体。物质称为晶体。单晶体单晶体在晶体中所有原子排列位向相同者称为在晶体中所有原子排列位向相同者称为在晶体中所有原子排列位向相同者称为在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体单晶体单晶体单晶体多晶体多晶体大大多多数数金金属属通通常常是是由由位位向向不不同同的的小小单单晶晶(晶晶粒)组成,属于粒)组成,属于多晶体多晶体。第3页,本讲稿共28页 在在在在固固固固体体体体中中中中原原原原子子子子被被被被束束束束缚缚缚缚在在在在晶晶晶晶格格格格结结结结点点点点上上上上,其其其其振振振振动动动动频频频频率率率率约约约约为为为为10101313 次次次次/s/s。液
4、态金属?液态金属?液液液液态态态态金金金金属属属属中中中中的的的的原原原原子子子子和和和和固固固固态态态态时时时时一一一一样样样样,均均均均不不不不能能能能自自自自由由由由运运运运动动动动,围绕着平衡结点位置进行振动围绕着平衡结点位置进行振动围绕着平衡结点位置进行振动围绕着平衡结点位置进行振动 但振动的但振动的但振动的但振动的能量能量能量能量和和和和频率频率频率频率要比固态原子高几百万倍。要比固态原子高几百万倍。要比固态原子高几百万倍。要比固态原子高几百万倍。液液液液态态态态金金金金属属属属宏宏宏宏观观观观上上上上呈呈呈呈正正正正电电电电性性性性,具具具具有有有有良良良良好好好好导导导导电电电
5、电、导导导导热热热热和和和和流动性。流动性。流动性。流动性。液相结构?液相结构?第4页,本讲稿共28页1.1.物理性质变化物理性质变化物理性质变化物理性质变化 体体体体积积积积只只只只膨膨膨膨胀胀胀胀3 35 5,即即即即原原原原子子子子间间间间距距距距平平平平均均均均只只只只增增增增大大大大1 11.51.5 熔化潜热熔化潜热熔化潜热熔化潜热只占只占只占只占气化潜热气化潜热气化潜热气化潜热的的的的3 37 7 见见见见表表表表1 1 这这这这就就就就可可可可以以以以认认认认为为为为金金金金属属属属由由由由固固固固态态态态变变变变成成成成液液液液态态态态时时时时,原原原原子子子子结结结结合合合
6、合键键键键只只只只破破破破坏坏坏坏一一一一个个个个很很很很小小小小的的的的百百百百分分分分数数数数,只只只只不不不不过过过过它它它它的的的的熔熔熔熔化化化化熵熵熵熵相相相相对对对对于于于于固固固固态态态态时时时时的的的的熵熵熵熵值值值值有有有有较较较较多多多多的的的的增增增增加加加加,表表表表明明明明液液液液态态态态中中中中原原原原子子子子热热热热运动的混乱程度,运动的混乱程度,运动的混乱程度,运动的混乱程度,与固态相比有所增大。与固态相比有所增大。与固态相比有所增大。与固态相比有所增大。比比比比热热热热容容容容,与与与与固固固固态态态态相相相相比比比比虽虽虽虽然然然然稍稍稍稍大大大大一一一一
7、些些些些,但但但但具具具具有有有有相相相相同同同同的的的的数量级数量级数量级数量级。第5页,本讲稿共28页表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热第6页,本讲稿共28页 固体固体可以是非晶体也可以是晶体,可以是非晶体也可以是晶体,而而液态金属液态金属则几乎总是非晶体则几乎总是非晶体。液液态态金金属属在在结结构构上上更更象象固固态态而而不不是是汽汽态,原子之间仍然具有很高的结合能。态,原子之间仍然具有很高的结合能。第7页,本讲稿共28页2 2X X射线衍射分析射线衍射分析射线衍射分析射线衍射分析 图图图图1-11-1是由是由是由是由X X射线衍射结果整理而得的原子密度分布曲线。射线衍射结果整理而得的原
8、子密度分布曲线。射线衍射结果整理而得的原子密度分布曲线。射线衍射结果整理而得的原子密度分布曲线。横横横横坐坐坐坐标标标标r r为为为为观观观观测测测测点点点点至至至至某某某某一一一一任任任任意意意意选选选选定定定定的的的的原原原原子子子子(参参参参考考考考中中中中心心心心)的的的的距距距距离离离离,对对对对于于于于三三三三维维维维空空空空间间间间,它它它它相相相相当当当当于于于于以以以以所所所所选选选选原原原原子子子子为为为为球球球球心心心心的的的的一一一一系系系系列列列列球球球球体体体体的的的的半半半半径径径径。纵纵纵纵坐坐坐坐标标标标 表表表表示示示示当当当当半半半半径径径径增增增增减减减
9、减一一一一个个个个单单单单位位位位长长长长度度度度时时时时,球球球球体体体体(球球球球壳壳壳壳)内内内内原原原原子子子子个个个个数数数数的的的的变变变变化化化化值值值值,其其其其中中中中 (r r)称称称称为为为为密密密密度度度度函函函函数。数。数。数。第8页,本讲稿共28页 固态金属固态金属固态金属固态金属 原子原子原子原子 在某一平衡位置在某一平衡位置在某一平衡位置在某一平衡位置 热振动热振动热振动热振动 因因因因此此此此衍衍衍衍射射射射结结结结果果果果得得得得到到到到的的的的原原原原子子子子密密密密度度度度分分分分布布布布曲曲曲曲线线线线是是是是一一一一组组组组相相相相距距距距一一一一定
10、定定定距距距距离离离离(点点点点阵阵阵阵常常常常数数数数)的的的的垂垂垂垂线线线线,每每每每一一一一条条条条垂垂垂垂线线线线都都都都有有有有确确确确定定定定的的的的位位位位置置置置r r和和和和峰峰峰峰值值值值,与所选原子最近的球面上的峰值便是它的配位数。与所选原子最近的球面上的峰值便是它的配位数。与所选原子最近的球面上的峰值便是它的配位数。与所选原子最近的球面上的峰值便是它的配位数。但但但但对对对对于于于于液液液液态态态态金金金金属属属属而而而而言言言言,原原原原子子子子密密密密度度度度分分分分布布布布曲曲曲曲线线线线是是是是一一一一条条条条呈呈呈呈波波波波浪浪浪浪形形形形的的的的连连连连续
11、续续续曲线曲线曲线曲线。这这这这是是是是由由由由于于于于当当当当金金金金属属属属转转转转变变变变为为为为液液液液态态态态时时时时,液液液液态态态态中中中中的的的的金金金金属属属属原原原原子子子子是是是是处处处处在在在在瞬瞬瞬瞬息息息息万万万万变变变变的的的的热热热热振振振振动动动动和和和和热热热热运运运运动动动动的的的的状状状状态态态态之之之之中中中中,而而而而且且且且原原原原子子子子跃跃跃跃迁迁迁迁频频频频率率率率很很很很高高高高,以以以以致致致致没没没没有有有有固固固固定定定定的的的的位位位位置置置置,而而而而其其其其峰峰峰峰值值值值所所所所对对对对应应应应的的的的位位位位置置置置(r r
12、)只只只只是是是是表表表表示示示示衍衍衍衍射过程中相邻原子之间最大几率的原子间距。射过程中相邻原子之间最大几率的原子间距。射过程中相邻原子之间最大几率的原子间距。射过程中相邻原子之间最大几率的原子间距。第9页,本讲稿共28页图图1-1 700液液态铝中原子密态铝中原子密度分布线度分布线第10页,本讲稿共28页uu可见液态原子分布曲线是介于可见液态原子分布曲线是介于可见液态原子分布曲线是介于可见液态原子分布曲线是介于 曲线与固态时的分布曲线曲线与固态时的分布曲线曲线与固态时的分布曲线曲线与固态时的分布曲线(竖直线)之间作波浪形的变化。(竖直线)之间作波浪形的变化。(竖直线)之间作波浪形的变化。(
13、竖直线)之间作波浪形的变化。uu其其其其第一峰值第一峰值第一峰值第一峰值与固态时的衍射线(与固态时的衍射线(与固态时的衍射线(与固态时的衍射线(第一条垂线第一条垂线第一条垂线第一条垂线)极为接近,)极为接近,)极为接近,)极为接近,其配位数与固态时相当。其配位数与固态时相当。其配位数与固态时相当。其配位数与固态时相当。uu第二峰值虽仍较明显,但与固态时的峰值偏离增大,而且随第二峰值虽仍较明显,但与固态时的峰值偏离增大,而且随第二峰值虽仍较明显,但与固态时的峰值偏离增大,而且随第二峰值虽仍较明显,但与固态时的峰值偏离增大,而且随着着着着r r的增大,峰值与固态时的偏离也越来越大。的增大,峰值与固
14、态时的偏离也越来越大。的增大,峰值与固态时的偏离也越来越大。的增大,峰值与固态时的偏离也越来越大。uu当它与所选原子相距太远的距离时当它与所选原子相距太远的距离时当它与所选原子相距太远的距离时当它与所选原子相距太远的距离时,原子排列进入无序状态。原子排列进入无序状态。原子排列进入无序状态。原子排列进入无序状态。uu表明,表明,表明,表明,液态金属中的原子在几个原子间距的近程范围内,液态金属中的原子在几个原子间距的近程范围内,液态金属中的原子在几个原子间距的近程范围内,液态金属中的原子在几个原子间距的近程范围内,与其固态时的有序排列相近,只不过由于原子间距的增大和与其固态时的有序排列相近,只不过
15、由于原子间距的增大和与其固态时的有序排列相近,只不过由于原子间距的增大和与其固态时的有序排列相近,只不过由于原子间距的增大和空穴的增多,原子配位数稍有变化。空穴的增多,原子配位数稍有变化。空穴的增多,原子配位数稍有变化。空穴的增多,原子配位数稍有变化。第11页,本讲稿共28页液态金属的结构特征液态金属的结构特征液态金属的结构特征液态金属的结构特征液态金属内存在近程有序的原子集团(液态金属内存在近程有序的原子集团(液态金属内存在近程有序的原子集团(液态金属内存在近程有序的原子集团(图图图图1-21-2)。这种原子集团是不稳)。这种原子集团是不稳)。这种原子集团是不稳)。这种原子集团是不稳定的,瞬
16、时出现又瞬时消失。所以,液态金属结构具有如定的,瞬时出现又瞬时消失。所以,液态金属结构具有如定的,瞬时出现又瞬时消失。所以,液态金属结构具有如定的,瞬时出现又瞬时消失。所以,液态金属结构具有如下特点:下特点:下特点:下特点:液态金属是由液态金属是由液态金属是由液态金属是由游动的原子团游动的原子团游动的原子团游动的原子团构成。构成。构成。构成。液态金属中的原子热运动强烈,原子所具有的能量各不液态金属中的原子热运动强烈,原子所具有的能量各不液态金属中的原子热运动强烈,原子所具有的能量各不液态金属中的原子热运动强烈,原子所具有的能量各不相同,且瞬息万变,这种原子间能量的不均匀性,称相同,且瞬息万变,
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