{环境管理}三材料合成与制备中的主要环境参量

{环境管理}三材料合成与制备中的主(一)要环境参量第三章材料合成与制备中的主要环境参量材料合成与制备是在一定环境中进行的。环境参量，如温度、压强、气氛、重力等，对于材料合成与制备有着巨大的甚至是决定性的影响。认识这些影响，并且人为地调控各种环境参数，是材料合成与制备的重要环节，也是材料合成与制备科学的主要讨论对象之一。本篇针对一些主要环境参数及其调控作简要介绍。3.1 温度温度表征物体的冷热程度。根据热力学，对于理想气体(1)其中：T 为温度，k 为玻尔兹曼常数，为理想气体分子的平均动能。因此，温度也是分子平均动能的度量。从熔体制备晶体或玻璃的过程中，温度是最为关键的可调控参量。晶体熔化过程中， 从有序的晶格 ft 发，原子的挪动不仅使晶格坐位上的原子发生重新排列，而且导致了晶格的彻底瓦解。高温下的晶体，虽然存在不规则的热运动，但原子仍停留在晶格的坐位附近。转变为液态，晶格已经不复存在，原子的位置分布是无规的，体现了位置无序性， 而且原子并不定局域于某个特定的位置上。F.A.Lindemann 提 ft 了晶体熔化的判据：当原子热振动的均方根位移与原子间距之比值超过一定限度后，晶体即产生熔化，即 值 因 晶 体 结 构 和 材 料 类 型 而 有 差 异 。 对 于 体 心 立 方 金 属 Li 、 Na 、 K 等，0.11；对于面心立方金属 Cu、Ag、Au、A1 等，，0.07。在固相到液相的相变过程中，原子体积(也可以说密度)有一跳跃式的变化，基本上不存在过热状态，但在降温时，当液体冷却到熔点 Tm 时，并不会立即凝固或结晶，而是先以过冷液体的形式存在于熔点之下。新的晶相形成，首先要经过成核阶段，即在局部形成小块晶核。由于晶核尺寸很小，表面能将占很大的比例，因而将形成能量的壁垒。因此，在熔点之上，成核是不可能实现的。只有当温度下降至熔点以下，即存在一定的过冷度时，成核的几率才大于零。晶核形成后，晶核的长大就主要依靠原子的扩散过程。因此，结晶的速率既和成核的几率有关， 又和长大的速率有关。前者取决于过冷度的大小，后者则取决于温度的高低。假如从液相冷却下来的速率足够快的话，过冷液相就将避开结晶而形成玻璃态。结晶与形成玻璃态，均取决于温度和降温速率。固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统的低共熔点。这一温度与反应物内部开始明显扩散作用的温度是相一致的，常称为泰曼温度或烧结温度。不同物质的泰曼温度与...