凝固科学基础复习梗概

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1、一.1.实验数据液体结构定性推论熔化时,约3-5%的体积膨胀。原子间距增加1-1.5%,排列松散Lb>>Lm与固态相比,金属原子的结合键破坏很少部分熔化时熵增大排列的有序性下降,混乱度增加气、液、固相比较,液态金属结构更接近固态2.衍射图像:晶体:位置明确的清晰线条或分布规则的亮点。液体:少数几条宽而模糊的衍射带或漫射光环。表明:液态中有一些紊乱分布的原子,造成对X射线的散射3.径向分布函数r,距参考原子的距离;nr,r+dr,半径为r和r+dr之两球面间的壳层内的原子中心数;ρ(r),r处单位体积内的原子数目,number

2、density。4.近程(有)序:在几个原子间距范围内,质点的排列与固态相似,排列有序5.液态金属配位数:邻近参考原子密集排列的第一球壳原子数。即r-原子密度图中第一单峰下的面积。6.温度升高,液体径向分布密度的变化:峰值下降7.液体结构理论:(1)点阵理论:将液体看作是各处被破坏的固体。包括晶胞理论、孔穴或效结构理论。(2)钢球随机密堆积模型:液体是原子或分子刚球的随机密集堆积物,其中没有晶体区域,也没有大到足以容纳另一原子的空穴。8.杂质的存在破坏了液体的均匀性,造成分布不均。由于散热和纯净度影响,存在1)温度不均匀(能

3、量起伏)2)成分和浓度的不均匀(起伏)3)相和结构的不均匀(起伏)正是这些不均匀,为凝固成核提供了必要条件,使实际金属凝固时成核更容易。9.熔化前后:扩散率增加、电阻增加、体积增加、Lb>>Lm,SL>SS10.流体(fluid):在剪切力作用下(无论多小)可连续变形的物质。牛顿流体(newtonianfluid):变形速率与剪切应力成正比例的流体。流体的黏滞性:流体抵抗剪切变形的能力。度量:黏度。从微观的角度看,其本质是反映质点间作用力大小。描述流动时内摩擦。影响粘度的因素:在高出熔点不太多的温度范围内,T升高,粘度hη下

4、降,流动性好。一般的趋势是熔点愈高,粘度愈大,但Sb和Mg例外。固态杂质使液态金属粘度升高,因为固态杂质增加流体内摩擦。11.界面:相与相间的分界。表面张力:表面上单位长度受的力。使表面变形需要做功。由于内部分子原子的吸引,在液体自由表面上存在表面张力是最直观的物理现象,它使液体表面积趋于最小。界面自由能:单位面积上的界面能量。表面自由能为σ(J/m2)的表面具有大小为σ(N/m)的表面张力。一般的趋势是熔点愈高,表面张力愈大,但B例外。Laplace方程:对于球形界面,r1=r2=RLaplace方程的应用-最大气泡压力法

5、测量表面张力(金属液面下h处,半径为r的球形气泡所受总压力P)接触角a)θ<90°,液体L湿润固体S,V表示气体;b)θ>90°,液体不湿润固体二.1.对于恒温和恒容下,使用A作为判断标准。对于恒温和恒压下,使用G作为判断标准。ΔG=0,则系统处于平衡状态。ΔG<0,相变倾向于自发进行。ΔG>0,相变将自发地朝相反方向进行。2. 熔化熵ΔS=ΔH/Tm=L/Tm熔化吸热,ΔH为正;实验证明,大多数金属:ΔS≈R(8.31Jmol-1K-1),摩尔气体常数称为Richard法则。物质在冷却到平衡熔点以下继续保持液态,称为过冷(

6、supercooling)。凝固过程在温度低于熔点(液相线温度)情况下才可能发生。过冷度凝固驱动力:是固态和液态的自由能差。是由过冷度提供的;过冷度越大,凝固驱动力越大。3.设成分为XB系统,α、β两相结构,α、β两相浓度分别为Cα、Cβ,系统的平均自由能G?两相平衡浓度?α、β两相浓度分别为Cα、Cβ,二相自由能相应在G曲线d、e两点。作溶液的平均浓度XB的垂直线。垂线与de线的交点h的高度XBh等于系统的平均自由能G。两相平衡浓度为Cαe、Cβe(两相溶液切线规则)4.A、B两组元形成α、β两相,平衡的热力学条件:各相的

7、温度T、压力P和每个组元在各个相的化学位μ必须相等。Tα=TβPα=PβμAα=μAβ,μBα=μBβ使用自由能作为判据时,平衡条件是在一定的温度和压力下,一个封闭系统(成分和质量固定的系统)的自由能处于可能的最低值。5.在常温常压下,石墨是碳的平衡结构,是稳定相,金刚石是亚稳相。6.Clausius-Clapeyron方程压力增大,熔点升高例:估计压力变化10kbar引起的铜的平衡熔点的变化。已知液体铜的摩尔体积为8.0´10-6m3/mol,固态为7.6´10-6m3/mol,熔化潜热Lm=13.05kJ/mol,熔点为

8、1083°C。将各已知量代入:三.1.凝固得到的固体可以是晶体或非晶体,但是结晶得到的只能是晶体结晶–形核和生长两阶段,新界面生成和推移长大;形核分为均质形核(在整个区域均匀自发形核)和异质形核(在基底上形核,是主要方式)新核的体积自由能下降-形核动力;界面能构成形核阻力临界晶核半径r≥r

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