液態(tài)金屬的凝固形核及生長(zhǎng)方式(已修改)
2025-05-12 01:26 本頁(yè)面
【正文】 內(nèi)容概要 凝固 是物質(zhì)由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^(guò)程，是液態(tài)成形技術(shù)的核心問(wèn)題，也是材料研究和新材料開(kāi)發(fā)領(lǐng)域共同關(guān)注的問(wèn)題。 嚴(yán)格地說(shuō)，凝固包括： （ 1）由 液體向 晶態(tài)固體 轉(zhuǎn)變 （結(jié)晶） （ 2）由 液體向 非晶態(tài)固體 轉(zhuǎn)變 （玻璃化轉(zhuǎn)變） 常用工業(yè)合金或金屬的凝固過(guò)程一般只涉及前者，本章主要討論結(jié)晶過(guò)程的形核及晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)。 第一節(jié) 凝固熱力學(xué) 第二節(jié) 均質(zhì)形核 第三節(jié) 非均質(zhì)形核 第四節(jié) 晶體長(zhǎng)大 第一節(jié) 凝固熱力學(xué) 一、 液 固相變驅(qū)動(dòng)力 二 . 曲率、壓力對(duì)物質(zhì)熔點(diǎn)的影響 三、 溶質(zhì)平衡分配系數(shù)（ K0） 一、 液 固相變驅(qū)動(dòng)力 從熱力學(xué)推導(dǎo)系統(tǒng)由液體向固體轉(zhuǎn)變的相變驅(qū)動(dòng)力 ΔG 由于液相自由能 G 隨溫度上升而下降的斜率大于固相 G的斜率 當(dāng) T ＜ Tm 時(shí)， 有： ΔGV = Gs － GL＜ 0 即：固 液體積自由能之差為相變驅(qū)動(dòng)力 進(jìn)一步推導(dǎo)可得 ： mmVTTHG ??????Tm及 ΔHm對(duì)一特定金屬或合金為定值，所以過(guò)冷度 ΔT是影響相變驅(qū)動(dòng)力的決定因素。 過(guò)冷度 ΔT 越大，凝固相變驅(qū)動(dòng)力 ΔGV 越大。 由 麥克斯韋爾熱力學(xué)關(guān)系式 ： V dPSd TdG ???根據(jù)數(shù)學(xué)上的全微分關(guān)系得： dPPGdTTGdGTP?????? ????????? ???比較兩式可知： VPGSTGTP??????? ?????????? ?? ,等壓時(shí)， dP=0， dTTGSdTdGP?????? ?????由于熵恒為正值 → 物質(zhì)自由能 G隨溫度上升而下降 又因?yàn)?SL＞ SS，所以： LPTG ???????? ＞ SPTG ????????即：液相自由能 G隨溫度上升而下降的斜率大于固相 G的斜率。 G = H ST，所以： ΔGV =GSGL =（ HS SST ） （ HL SLT ） =（ HS HL ） T（ SS SL ） 即 ΔGV = ΔH TΔS 當(dāng)系統(tǒng) 的溫度 T 與平衡凝固點(diǎn) Tm 相差不大時(shí)， ΔH ≈ ΔHm（此處， ΔH 指凝固潛熱， ΔHm 為熔化潛熱） 相應(yīng)地， ΔS ≈ ΔSm = ΔHm / Tm， 代入上式得： )1(mmmmmV TTHTHTHG ??????????? mmmmmVTTHTTTHG ?????????? )(ΔG溫度TGLGSTmG二 . 曲率、壓力對(duì)物質(zhì)熔點(diǎn)的影響 由于表面張力 σ的存在，固相曲率 k引起固相內(nèi)部壓力增高，這產(chǎn)生附加自由能： ? ? kVVpVG SrrSS ????????? ?? 221 111 欲保持固相穩(wěn)定，必須有一相應(yīng)過(guò)冷度ΔTr使自由能降低與之平衡（抵消）。 mrmT
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