材料科學基礎第15講 凝固2

1、凝固22016-11-14本講內(nèi)容 1）第2章和第3章復習 2） 習題 3）專題討論 金屬中的相結構 1) 固溶體固溶體：置換固溶體置換固溶體及休姆休姆-羅塞瑞羅塞瑞規(guī)則規(guī)則，間隙固溶體間隙固溶體及小原子溶解度，有序固溶體有序固溶體，固溶體性能，其他固溶體概念。 2) 金屬間化合物金屬間化合物：正常價化合物，電電子濃度化合物子濃度化合物（如CuZn, Cu5Zn8, CuZn3)，間隙化合物“（如Fe3C），金屬間化合物的特性. 3) 重要金屬間化合物：TiAl, Nb3Sn 。 陶瓷相和玻璃相 1）氧化鋁 2） 硅酸鹽陶瓷結構：Si-O四面體的島狀、鏈狀、平面、立體聯(lián)接。分子篩分子篩。 3）

2、 玻璃相：玻璃的類型和成分。橋氧橋氧 和非橋氧非橋氧。玻璃的通性（非晶，透明，高硬度，高脆性，各向同性，介穩(wěn)性） 金屬結晶的基本規(guī)律 1） 結晶過程可分為形核與長大兩個過程。形核過程主要影響晶粒的大小，長大過程主要影響晶粒的形態(tài)。 2） 結晶過程需要過冷度過冷度。過冷度T的定義。一般金屬結晶的有效過冷度Tp0.2Tm。 3) 結晶過程體積自由能變化GB與過冷度T關系： GB=LmT/Tm 4） 結晶過程需要結構起伏結構起伏和能量起伏能量起伏。 結構起伏指短程有序結構的形成和消散。常見的短程有序幾何單元有四面體、八面體、十二面體、十四面體、十六面體。 能量起伏是指液態(tài)金屬中局部地區(qū)能量的波動。晶

3、核的形成 1 均勻形核的臨界形核半徑臨界形核半徑、臨界形核功臨界形核功和形核率形核率。當形成球形核時：rk=2/GBA=S/3， 其中S=4rk2N=Cexp(-A/kT)exp(-Q/kT) 2 非均勻形核非均勻形核的形核功和形核率：G非AN非與過冷度、固體雜質(zhì)（形核劑形核劑）的晶體結構及表面結構等因素有關。結構匹配度結構匹配度。晶體的長大 1）晶體長大需要動態(tài)過冷度動態(tài)過冷度。 2）液-固界面的微觀結構。無機材料晶體的微觀結構一般是光滑界面光滑界面，金屬晶體的微觀結構粗糙粗糙界面界面。 3）晶體長大的兩種機制：垂直長大垂直長大和橫向長大橫向長大。沿晶體缺陷臺階生長是主要的橫向生長機制。 4）晶體長大形態(tài)有兩種：具有粗糙界面結構的晶體在正溫度梯度下是平面狀生長，得等軸晶粒形態(tài)。具有粗糙界面結構的晶體在負溫度梯度下呈樹枝狀生長，得枝晶枝晶形態(tài)。 5）晶粒度晶粒度特殊凝固技術 1 細晶鑄造技術細晶鑄造技術 2 單晶單晶制備技術 3 定向凝固定向凝固技術 4 非晶非晶凝固技術 5 微晶微晶或納晶納晶凝固技術習題 見書11