第一章 液态金属-VIP免费

第一章液态金属第一节液态金属的结构和性质第二节液态金属的充型能力第三节液体金属的流动第四节金属凝固过程中的传热第一节液态金属的结构和性质一、液体的表观特征1可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状---类似于气体，不同于固体2液体最显著的性质：具有流动性，3不能够象固体那样承受剪切应力，表明液体的原子或分子之间的结合力没有固体中强---类似于气体，不同于固体：4具有自由表面---类似于固体，不同于气体5液体可压缩性很低---类似于固体，不同于气体,总之：液体结构→液体性质物理性质：密度、粘度、电导率、热导率和扩散系数等；物理化学性质：等压热容、等容热容、熔化和气化潜热、表面张力等；热力学性质：蒸汽压、膨胀和压缩系数及其它第一节液态金属的结构和性质二、液体的结构和性质（原理）与材料成形（工艺）的关系凝固过程的形核及晶体生长的热力学---液体的界面张力、潜热等性质探索凝固的微观机制---了解熔体的结构信息成分偏析、固-液界面类型及晶体生长方式---液体的原子扩散系数、界面张力、传热系数、结晶潜热、粘度等性质铸造合金的传热---热力学因素影响外，反应物和生成物在金属熔体中的扩散速度第一节液态金属的结构和性质三、液体与晶体、气体结构比较晶体：平移、对称性特征（长程有序）---原子以一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动气体：完全无序为特征---分子不停地作无规律运动液体：长程无序---不具备平移、对称性；近程有序---相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围的有序性第一节液态金属的结构和性质四、液体金属结构研究方法1、间接方法：通过固态—液态、固态—气态转变后物理性质变化判断原子结合状况；2、直接方法：X射线衍射（或中子线）进行结构分析。第一节液态金属的结构和性质1、由物质熔化过程认识液体结构1）晶体结构能量最低原理：晶体原子按能量最低原理排列加热时金属原子间距变化与原子间能垒由物质熔化过程认识液体结构2）膨胀：R1—R4，原子间距增大；内蒸发：原子在晶体中“游动”—空穴3）熔化：金属熔化时典型的体积变化∆Vm/Vm为3~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，熵变(及焓变)均不大（见表1-1）即熔点附近系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体；另一方面，金属熔化潜热∆Hm比其气化潜热∆Hb小得多（表1-2），为1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。由此可见：金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。可以说，在熔点（或液相线）附近，液态金属（或合金）的原子集团内短程结构类似于固体，而与气体截然不同。但需要指出，在液-气临界点(Tc)，液体与气体的结构往往难以分辨，说明接近Tc时，液体的结构更接近于气体。2、从X射线衍射分析认识液态金属偶分布函数g(r)的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r=0）距离为r位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。ρ(r)=ρog(r)973K时液态铝原子径向分布函数曲线径向分布函数RDF的物理意义：在距某一参考粒子r和r+dr之间的球壳中的原子数。光滑曲线4πr2ρ0液体配位数为该曲线第一峰下面积第一节液态金属的结构和性质五、液态金属结构的理论模型1、钢球模型：在紊乱密集的球堆中存在高度致密区。2、晶体缺陷模型：液态金属中存在“能量起伏”和“结构起伏”；3、建立在计算基础上的理论模型4、实际液态金属结构：液态金属中存在“能量起伏”、“结构起伏”和“浓度起伏”；液-液结构转变新发现及启示1．压力诱导非连续液-液结构转变的发现异常现象（20世纪70年代起）：在P-T状态图上，Cs的熔化曲线出现两个峰，类似地Se出现一个峰，而Ga和Bi则被发现其熔点随压力增加而下降，而按常规，绝大多数物质的熔点随压力的增加而单调上升。后来，人们发现Se、I等元素的液态电阻随压力产生很大变化；液态Te在0.9-0.5Gpa的压力之间发生半导体-金属的特性转变；而液态Se则在1.5Gpa及1250K的临界点...