液态金属的结构与性质

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1、第一章液态金属的结构与性质第一节引言第二节液态金属的结构第三节液态金属的性质第四节液态金属充型第一节引言液体的表观特征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，不同于固体液体最显著的性质：具有流动性，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。具有自由表面---类似于固体，不同于气体液体可压缩性很低---类似于固体，不同于气体一、液体的分类按液体的构成类型，可分为：原子液体（如液态金属、液化惰性气体）分子液体（如极性与非极性分子液体），离子液体（如各

2、种简单的及复杂的熔盐）第一节固体金属的加热熔化金属和合金材料的加工制备过程？配料、熔化和凝固成型三个阶段。配料是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百分数；熔炼是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金属；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观组织特征。►►液相成型1.金属中的原子结合R→∞，F＝0R＞R0，F＜0（引力）→靠拢R＜R0，F＞0（斥力）→分开R＝R0，F＝0→平衡图1-1膨胀原因？热运动2.金属的加热膨胀（图1-2、1-3）升温热振动加剧，E转化为势能达新的平衡R1、R2、R3（＞R0）平衡距离

3、增加（膨胀）能量起伏升温起伏加剧部分原子越过势垒形成空穴空穴移动、增多膨胀原子间距增大和空穴的产生熔点附近晶界粘性流动接近熔点继续吸热（熔化潜热）晶粒瓦解，形成此起彼伏的原子集团，游离原子和空穴约3%—5%3.金属的熔化从晶界开始晶粒相对滑动晶粒失去原有形状晶粒瓦解，体积突然膨胀温度不变，内能增加第二节液态金属的结构1.液体与固体、气体结构比较及衍射特征2.热物理性质3.液态金属结构的理论模型4.实际金属的液态结构返回目录固态金属按原子聚集形态分为晶体与非晶体。晶体凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。单晶体：在

4、晶体中所有原子排列位向相同者多晶体：大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。在固体中原子被束缚在晶格结点上，其振动频率约为1013次/s。1.液体与固体、气体结构比较及衍射特征液态金属？液态金属中的原子和固态时一样，均不能自由运动，围绕着平衡结点位置进行振动但振动的能量和频率要比固态原子高几百万倍。►►液相结构？固体可以是非晶体也可以是晶体，而液态金属则几乎总是非晶体。液态金属在结构上更象固态而不是汽态，原子之间仍然具有很高的结合能。径向分布函数表示在r+dr之间的球壳中原子数的多少理想液体的原子平均密度分

5、布曲线。固态铝中原子分布的规律，原子位置固定，在平衡位置做热运动，故球壳上原子数显示出是某一固定的数值，呈现一条条的直线X射线衍射分析返回目录图1-1700℃液态铝中原子密度分布线体积只膨胀3～5％，即原子间距平均只增大1～1.5％，见表1-1熔化潜热（△Hm）只占气化潜热（△Hb）的3～7％见表1-2这就可以认为金属由固态变成液态时，原子结合键只破坏一个很小的百分数，只不过它的熔化熵相对于固态时的熵值有较多的增加，表明液态中原子热运动的混乱程度，与固态相比有所增大。比热容，与固态相比虽然稍大一些，但具有相同的数量级。2.热物

6、理性质（表1-1、1-2）返回目录表1几种金属的熔化潜热与气化潜热表1几种金属的熔化潜热与气化潜热3.实际金属的液态结构液态金属内存在近程有序的原子集团。所以，液态金属结构具有如下特点：l）液态金属是由游动的原子团构成。2）能量起伏。3）结构起伏。4）浓度起伏（或成分起伏）。金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶；金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为二次结晶。金属由液态转变为固态的凝团过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程，从这个意义上理解，金属从一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子

7、规则排列状态（晶态）的转变均属于结晶过程。返回目录图1-2液态金属结构示意图实际金属的液态结构返回目录第三节液态合金的性质1.液态合金的粘度当相距1cm的两个平行液层间产生1cm/s的相对速度时，在界面1cm2面积上产生的摩擦力单位：Pa·s。液态金属是有粘性的流体。流体在层流流动状态下，流体中的所有液层按平行方向运动。在层界面上的质点相对另一层界面上的质点作相对运动时，会产生摩擦阻力。①粘度系数或粘度，表达式：1）液态合金的粘度及其影响因素②粘度的物理意义：作用于液体表面的应力大小与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数②粘

8、度的影响因素富林克尔表达式：τ0：原子在平衡位置的振动周期（对液态金属约为10－13s）kB：Bolzmann常数U：无外力时原子之间的结合能或原子扩散势垒δ：相邻原子平衡位置的平均距离T：热力学温度可以看出，影响粘度的因素有：a.结合能U.粘度随结合能U呈指数关系增加。液体