材料科学基础 材料的凝固_2.pptx

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1、1Solution:（2）由式2小结1）球冠形的非均匀形核与球状的均匀形核有相同的r*。2）q愈小，形核功愈小，形核时所需的临界过冷度DTH也愈小，非均匀形核也容易。3）可以向液体中添加“活化剂”降低晶核与基底之间的界面能sS/B来降低θ角，帮助形核。4）凹面对形核促进效能高，平面居中，凸面较小。38.1.4晶体长大crystalgrowth晶体长大就是液相原子向固相转移的过程，即液体原子依附到晶体的表面上，并按照晶面原子排列的要求与晶体表面原子结合起来。固-液界面的微观结构必然影响晶体的长大方式。4按微观结构可分为:光滑界面(smoothinterface)粗糙

2、界面(roughinterface)1.固-液界面(solid-liquidinterface)结构5光滑界面：是指固相表面为基本完整的原子密排面，固液两相截然分开，从微观上看界面是光滑的，但是从宏观来看，界面呈锯齿状的折线。宏观微观6粗糙界面：在微观上高低不平、粗糙，存在几个原子厚度的过渡层，但是宏观上看，界面反而是平直的。微观宏观7晶体长大的方式和长大速率对金属的结晶组织影响很大。固-液界面处的温度低于熔点一定值，即具有一定的DT，是晶体得以长大的必要条件。过冷度越大，晶体长大速率越快。82.晶体长大方式和长大速率晶体长大也需要一定的过冷度。长大所需的界面过冷

3、度称为动态过冷度，用∆Tk表示。具有光滑界面的物质，其∆Tk约为1~2℃。具有粗糙界面的物质，∆Tk仅为0.01~0.05℃。不同结构类型的界面，具有不同的长大机制。9粗糙界面晶体长大机制粗糙界面上，约有50%的结晶位置空着，液相原子可以直接进入这些位置，从而使整个固-液界面垂直地向液相中推进，即晶体沿界面的法线方向向液相中生长。这种长大方式叫做垂直长大(verticalgrowth)，或连续长大，这样的晶体生长速率很快。u1为比例常数，视材料而定——连续长大10光滑界面晶体长大机制光滑界面每向液相中长大一层都是由一个二维晶核（一个原子厚度的晶体小片）先在界面上形

4、成，接着这个二维晶核侧向生长，如此反复进行，直至结晶完成。由于形成二维晶核需要形核功，这种机制的晶体长大速率很慢。u2和b为常数（I）——二维形核11（II）——借螺型位错长大液相原子可以直接添加到界面上由于晶体缺陷而形成的台阶上，从而使晶体不断长大。如螺型位错在界面露头就可以提供台阶。当一个面的台阶被原子进入后，又出现螺旋型的台阶，这样就使晶体表面呈现由螺型台阶形成的卷线。由于界面上台阶数量有限，这种机制下晶体生长速率也很小。u3为比例常数光滑界面晶体长大机制12二维形核螺位错长大过冷度TK长大速度vg连续长大晶体长大机制比较——长大速率vs过冷度13Diff

5、erencebetweenheterogeneousnucleusandhomogeneousnucleus?3rd在同样过冷度下，r*非=r*均，V非

6、tallizationkinetics约翰逊—梅尔（Johnson-Mehl）动力学方程：与时间无关，为常数16阿弗拉密（Avrami）方程：阿弗拉密方程是描述结晶和固态相变中转变动力学的唯象方程当N与时间有关时17再结晶与固态相变异同S—型曲线转变率~时间孕育期长大期开始终了转变率时间（对数形式）再结晶的晶核不是新相，晶体结构未变，而固态相变出现新相；固态相变倾向于晶界成核，而再结晶以亚晶为基础；两者动力学过程相似。固态相变再结晶18生长速度Vg是温度的函数不同温度下开始相变具有不同的孕育时间，称为孕育期incubationstaget。Zr50.3Cu42Al

7、7.7块体金属玻璃不同温度下晶化体积分数随t变化的曲线t198.1.6纯金属晶体凝固时的生长形态固-液界面的微观结构界面前沿液相中的温度梯度20正温度梯度负温度梯度正温度梯度示意图负温度梯度示意图随着离开液-固界面的距离x增大，液相温度T升高随着离开液-固界面的距离x增大，液相温度T降低21在正温度梯度下，即            时界面处的结晶潜热只能通过固相传导出去，所以界面的推进速度受到固相传热速度的控制。正温度梯度示意图液-固界面保持稳定的平面形态。由于界面处的液体具有最大的过冷度，当界面上偶尔发生晶体凸起，就会进入温度较高的液体中，晶体生长速度立即减慢甚

8、至停止。2