合金熔体的敏感物性及其与结构的关系
金属合金Bi-Te的介绍
第一章绪论液固遗传性在很久以前已经被认识[1]。
人们经过广泛地研究发现作为母相的液体结构和性质对凝固所形成的固体材料的结构和性能有重要影响[2, 3]。
生产中广泛应用的熔体过热处理能在很大程度上细化合金组织、提高力学性能[4-10]，与此同时，熔体过热处理细化组织的机理也得到了较大的发展。
但不可否认的是，从控制熔体结构的角度来改善凝固组织仍然是经验性的，远远没有形成较为系统的理论。
众多科学家一致认为今后应该加强熔体过热对液态合金结构的影响和液态合金结构与凝固组织之间联系的研究，为制定更合理更有效的熔体过热处理工艺提供理论依据。
因此，作为涉及多学科交叉，有广泛应用背景的液态结构研究成为凝聚态物理在工业和理论领域中最热的课题之一[11-13]。
近来，对液态结构的研究已经取得重大进展，发现在一些纯金属和液态合金中存在液态结构转变[14-17]，但结构转变对合金凝固影响的研究相对较少，本文从液态结构转变的角度出发，研究熔体热历史及相关处理工艺对凝固的影响。
鉴于本文工作内容主要针对液态合金结构与凝固的相关性，本章主要从熔体热历史及相关处理工艺对凝固影响的进展，包晶合金凝固的研究，物理场磁场在凝固过程控制中的应用及由此带来的一系列理论问题，以及热电材料的热电效应等几个方面来综述有关研究背景与进展，以阐明本文的研究内容及意义。
1.1液态金属的结构理论和研究方法到目前为止，人们对物质液态结构的认识远远落后于对固态和气态结构的认识。
几个世纪前，人们已经知道结晶固体是由在三维空间周期性（长程有序性）排列的原子所组成，并且晶体中的原子位置可以用X射线等衍射方法予以确定。
同样，气体热力学理论也早已解决了完全无序的气体本质。
而对长程无序短程却短程有序的液体结构的确定与描述目前仍不很成熟，直至今天关于液态结构的本质仍然存在很多不同的说法[18] 。
由于液态具有特殊的结构、性质和变化规律，众多研究学者开展了液态金属结构这方面的工作。
高温合金的微观结构与性能关系
高温合金的微观结构与性能关系嘿，咱今天来好好聊聊高温合金的微观结构与性能关系。
我先给您说个事儿，之前我去一个工厂参观，正好碰上他们在研究一种新型的高温合金材料。
那场面，可真是热闹又紧张。
工程师们围着一堆仪器，眼睛紧紧盯着屏幕上的数据，就跟猎人盯着猎物似的。
要说这高温合金，它的微观结构可真是藏着不少秘密。
从原子层面看，那排列就跟一群排着队的小朋友，整齐有序或者稍微有点调皮捣乱的，都会影响到整个合金的性能。
比如说，晶体结构吧，有面心立方结构、体心立方结构等。
这些不同的结构，就决定了合金的强度、硬度、韧性这些关键性能。
就像有一次我在实验室看到的，两种成分差不多的高温合金，仅仅因为微观结构上一点点差异，在高温环境下的表现那是天差地别。
其中一种，结构比较均匀细密，在高温下稳如泰山，几乎没啥变形；另一种呢，结构稍微疏松一点，没一会儿就扛不住高温，开始出现裂纹了。
再来说说微观结构中的相。
相就好比是合金中的“小分队”，有固溶体相、金属间化合物相等。
固溶体相能提高合金的强度和韧性，就像给合金注入了一股强大的力量；而金属间化合物相呢，虽然能增加硬度，但要是太多了，合金就会变得脆生生的。
还有那些微小的缺陷，比如位错、空位等，它们就像是微观世界里的“小捣蛋鬼”。
位错的运动，会影响合金的塑性变形；而空位的存在，可能会导致合金在高温下更容易扩散，从而影响其稳定性。
咱回过头想想那次工厂参观，工程师们为啥那么紧张？不就是在努力调整微观结构，让这高温合金能在各种极端条件下都表现出色嘛。
这微观结构和性能的关系，真不是三言两语能说清楚的。
它就像一个复杂的谜题，每一个细微的结构变化都可能引发性能的巨大波动。
在实际应用中，比如航空航天领域，发动机里的高温部件可都得靠高性能的高温合金撑着。
要是微观结构没整好，性能不达标，那后果不堪设想。
总之啊，深入研究高温合金的微观结构与性能关系，对于推动材料科学的发展，提升各种高温环境下的工程应用，那意义是相当重大。
《Al-Sm合金熔体和非晶合金的结构与性质的分子动力学研究》
《Al-Sm合金熔体和非晶合金的结构与性质的分子动力学研究》篇一题目：Al-Sm合金熔体与非晶合金的结构与性质的分子动力学研究一、引言随着材料科学的快速发展，合金材料因其独特的物理和化学性质在众多领域得到了广泛应用。
其中，Al-Sm合金作为一种重要的金属材料，其熔体和非晶合金的结构与性质研究具有重要的科学意义和实际应用价值。
本文采用分子动力学方法，对Al-Sm 合金熔体和非晶合金的结构与性质进行了深入研究。
二、Al-Sm合金熔体的结构与性质1. 模型构建与模拟方法利用分子动力学方法，构建了Al-Sm合金熔体的模型。
首先，选择合适的势能函数描述Al和Sm原子间的相互作用。
然后，在给定的温度和压力条件下，模拟合金熔体的形成过程。
通过调整温度和压力，获得了不同状态下的Al-Sm合金熔体。
2. 结构分析通过对模拟结果的分析，发现Al-Sm合金熔体具有复杂的多尺度结构。
在原子尺度上，Al和Sm原子形成了紧密的金属键合结构；在较大尺度上，熔体内部存在一定程度的短程有序结构和长程无序结构。
这些结构特征与温度和压力密切相关。
3. 性质研究Al-Sm合金熔体的性质包括热力学性质、输运性质等。
通过模拟结果，我们发现合金熔体具有较高的热稳定性和良好的输运性能。
此外，其导电性和导热性也表现出明显的优势。
这些性质使得Al-Sm合金熔体在高温、高应力等恶劣环境下具有较好的应用潜力。
三、非晶合金的结构与性质1. 模型构建与制备方法非晶合金的制备通常采用快速凝固技术。
首先，通过分子动力学模拟获得Al-Sm合金熔体的稳定结构。
然后，在特定条件下对熔体进行快速冷却处理，使合金在固态时形成非晶结构。
通过调整冷却速率等参数，得到了不同条件下形成的非晶合金。
2. 结构分析非晶合金的结构特征为无序排列的原子结构。
通过对模拟结果的分析，发现非晶合金中存在一定程度的短程有序结构和拓扑结构。
这些结构特征使得非晶合金具有较高的硬度和良好的耐磨性。
《Al-Sm合金熔体和非晶合金的结构与性质的分子动力学研究》范文
《Al-Sm合金熔体和非晶合金的结构与性质的分子动力学研究》篇一Al-Sm合金熔体与非晶合金的结构与性质的分子动力学研究一、引言在金属材料的研究中，合金因其在各种环境中的优良性能而被广泛研究。
尤其，对于Al-Sm合金及其非晶合金的研究在近几十年备受关注。
这两种合金的结构与性质在很大程度上影响了其在实际应用中的表现。
本文将通过分子动力学的方法，对Al-Sm 合金熔体和非晶合金的结构与性质进行深入研究。
二、Al-Sm合金熔体的结构与性质1. 结构研究Al-Sm合金熔体的结构研究是理解其物理性质和化学性质的基础。
分子动力学模拟表明，Al-Sm合金熔体具有多面体结构，其中Sm原子嵌入Al原子的网络中。
随着温度的升高，这种结构会发生变化，但基本的多面体结构仍然保持。
2. 性质研究Al-Sm合金熔体的性质包括其热稳定性、粘度、表面张力等。
通过分子动力学模拟，我们发现Al-Sm合金熔体具有较高的热稳定性，且其粘度随温度的升高而降低。
此外，其表面张力也表现出独特的特性，这与其内部的原子排列和电子结构密切相关。
三、非晶合金的结构与性质1. 结构研究非晶合金的原子排列既无长程有序，也无短程有序，形成了一种特殊的原子排列状态。
通过分子动力学模拟，我们发现Al-Sm非晶合金的原子排列呈现出一种类似于液体的无序状态，但其中仍存在一些短程有序的结构单元。
2. 性质研究非晶合金的性质包括其硬度、韧性、耐腐蚀性等。
Al-Sm非晶合金具有优异的机械性能和化学稳定性。
其高硬度、良好的韧性和出色的耐腐蚀性使其在许多领域具有广泛的应用前景。
四、分子动力学模拟方法分子动力学模拟是一种基于经典力学原理的计算机模拟方法，用于研究物质的原子尺度行为。
通过模拟原子之间的相互作用力，我们可以得到物质的微观结构和性质。
在本文中，我们使用了适当的势能函数和算法来模拟Al-Sm合金熔体和非晶合金的原子行为。
五、结论通过对Al-Sm合金熔体和非晶合金的分子动力学研究，我们深入了解了其结构和性质。
熔体结构
金属熔体结构及其控制技术的研究进展1 前言许多材料的制备都包含一个由液相到固相的凝固过程。
因而,凝固前液相的结构和性质将对材料的凝固过程、组织和性能产生重要影响。
合金液是由多种尺度和结构单元组成的呈熔融状态的熔体,熔体结构单元的多种尺度包含从单个原子到不同尺度的原子团簇或原子集团。
熔体结构呈现长程无序和短程有序的基本特征。
近年来,国内外学者对金属熔体的结构和性质进行了大量的研究。
发现金属和合金的液态结构和性质不仅与金属的种类和合金的成分及压力有关,而且也与熔体的热历史(即熔体的升降温速率、保温温度和保温时间等)有关。
并认识到通过控制熔体状态可控制合金的凝固过程、凝固组织和合金性能。
本文主要介绍国内外在熔体结构研究及利用熔体结构随温度变化的滞后性控制合金凝固组织和性能方面的成果与进展。
2 熔体结构的研究进展随着对液态结构的深入研究,人们对于液态结构有了新的了解，认识到金属的液态原子不是完全紊乱的,而是呈短程有序结构,或者称为原子团簇(流动集团)，这种有序性范围通常小于0.5nm。
金属熔体短程有序结构的发现,对于探索金属凝固的原理以及固体组织都起到重要的理论指导作用。
Saboung 利用中子衍射发现了K-Pd合金熔体结构因子上有预峰存在,它的有关参数和温度有关。
Slliot在非晶固体结构研究中发现了比短程有序大的多的结构, 并定义为中程有序。
中程有序结构的发现,对高温熔盐结构及其性质的控制有重要的理论指导作用。
虽然对高温熔体进行试验方面的研究存在不少困难,但高温熔体具有丰富的物理内涵和重要的应用背景,引起人们广泛的研究兴趣。
近年来对高温熔体研究较多的是关于熔体的结构及其与性质的关系, 主要集中于液态半导体、液体的金属- 非金属转变、表面熔化等方向。
随着实验技术的发展和研究方法的改进, 对熔体的研究取得了一些进展。
实验上主要是用X 射线和中子射线研究熔体的结构,理论上是对熔体结构进行数值模拟。
Kivelson等人发现在过冷的液态亚磷酸三苯酯(TPP)中存在不连续变化。
Al基偏晶合金熔体的微观结构特征
Al基偏晶合金熔体的微观结构特征合金熔体结构及物理性能对其所形成的固态材料的组织结构和性能有着重要的影响,有关熔体物性的研究主要集中在电阻率、黏度、密度和表面张力等方面。
电阻率和黏度分别反映了电子和原子的输运性质,是对熔体微观和宏观结构敏感的物理性质。
从敏感物性的角度研究熔体结构具有十分重要的意义。
本文采用Excel VBA 语言编写了电阻率数据处理程序,实现了电阻率数据的自动化处理,提高了数据处理的准确度和效率。
采用直流四电极法研究了Al、Bi、In和Al-Bi、Al-In合金的电阻率温度特性,表明Al、Bi、In分别在1348~1453 K、1049~1344 K、1071~1218 K熔体的电子输运特性发生非连续变化,具有明显的热力学和动力学特征,分别对应着熔体的不可逆、不可逆、可逆性转变。
与连续升温过程相比,阶梯型升温熔体的电阻率-温度曲线更符合线性关系,表明In熔体中存在亚稳定结构,这种结构经过2h 的保温将消失。
采用高温熔体黏度测量仪研究了Al、In、Al98In2、Al97Bi3熔体的黏温特性,表明分别在1014~1089 K、1152~1224 K、663~783 K、948~1073 K、1023~1273 K熔体的结构发生非连续性转变,转变温度区间对应熔体的难混溶区,在难混溶区动量交换增大了合金的粘度。
Al熔体在磁场下具有高的黏度度值,更高的粘流活化能以及更小的粘流团。
这主要是因为洛伦兹力阻碍了合金的对流和原子的振动,所起作用类似于降温。
原子团簇尺寸的减小,是熔体对磁场作用的负反馈。
采用高温熔体密度测量仪研究了Al95In5合金的密度,表明合金在难混溶区合金的密度发生不连续变化,其对应着熔体微观体积的变化,即对应着熔体结构的变化。
通过研究亚快凝合金的组织结构,表明偏晶合金的基本结构主要有三种:Ⅰ型核壳结构,Ⅱ型随机结构,Ⅲ型弥散结构。
实际的偏晶合金为三种结构在不同层次的复合。
冶金原理3金属熔体
熔体中杂质的影响及其处理方法
熔体中杂质的存在会对金属性能产生负面影响，因此需要采取适当的处理方法来净化金属熔体。
熔体的测温与温度控制
准确测温和精确控制熔体温度对于实现高质量金属熔化以及生产工艺的稳定 性至关重要。
冶金原理3金属熔体
探索金属熔体的奇妙世界，从熔点到凝固点，从熔化过程到熔体中常见金属 元素的特性和影响，一起了解金属熔体的各个方面。
金属熔体的定义
金属熔体指的是当金属的温度升至其熔点以上时，金属固态逐渐转变为液态 的过程。
熔点与凝固点
熔点是金属在升温过程中开始熔化的温度，而凝固点是金属在降温过程中开始凝固的温度。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
熔体的物理性质
金属熔体具有高热导性、高电导性、低黏度、可流动性和较高的表面张力等 特点。
熔化过程及其控制方法
控制金属熔化过程的方法包括控制加热速率、控制熔化温度和采用合适的熔 化设备。
熔化反应的热力学分析
通过对金属熔化反应的热力学分析，可以了解金属熔体形成的热力学基础及 其影响因素。
熔体中常见的金属元素及其特性
液态结构与性质关系_Mg熔体的运动黏度及与熔体微观结构的关系
比研究 了 高 纯 度 和 工 业 用 Sn ， 测 量 结 果 表 明， 前者 升温和降温过程的黏度 -温度关系曲线重合， 即没有 后者 则 存 在 滞 后 性， 当 工 业 用 Sn 熔 发生滞后现象， 体过滤后滞后现象 消 失， 他们认为熔体中存在的不 溶杂质是 产 生 滞 后 本 质 原 因
［ 22 ］
3 悬挂系统的 容 器 （ 向 内 依 次 为 带 螺 旋 盖 的 不 锈 钢 坩 埚 、 光镜， 4 双线加热 器， 5 数 据 采 集 系 统， 6 激 光 器， 7 石墨坩埚 、 镁熔体） ， 8 水冷系统， 9 热电偶 产生磁场的线圈，
盖的石墨坩埚装载 试 样 （ 镁 熔 化 后 石 墨 盖 紧 贴 熔 体 表面） ， 然后 将 石 墨 坩 埚 装 入 带 螺 旋 盖 的 不 锈 钢 坩 埚， 再将其装 入 悬 挂 系 统 的 容 器； 4 ） 悬 挂 系 统 所 在 的腔体中 采 用 高 纯 氦 气 （ 99. 9995% ） 保 护， 即开启 抽真空 后 充 入 氦 气， 然后再抽真空（ 真 抽真空装置， 空压力表控制） ， 重 复 四 次 抽 真 空 操 作 后， 最终腔体 中通入压强约为 101 kPa 的氦气进行保护 . 实验过程中， 以 8 K / min 的 速 度 将 液 态 金 属 试 周期等参 样加热至预先设定 温 度 进 行 对 数 衰 减 率 、 数测算（ 利用图 1 中 数 据 采 集 系 统 5 的 光 电 二 极 管 探测） . 对数 衰 减 率 通 过 关 系 式 ln t n = δ · n + ln t 0 （ t 0 为悬 挂 系 统 扭 摆 达 到 一 定 角 度 后， 激光第一次 通过系统 5 中两 个 黑 色 孔 的 时 间； t n 为 激 光 第 n 次 通过 5 中两黑色孔 的 时 间 ） 获 得， 如 图 2 所 a Phys. Sin.
《熔体的结构》课件
目 录
• 熔体的定义与特性 • 熔体的微观结构 • 熔体的物理性质 • 熔体的化学性质 • 熔体与环境的关系 • 熔体在工业中的应用
01
熔体的定义与特性
熔体的定义
熔体定义
熔体是一种物质状态，其中分子 或原子在热能作用下具有较高的 流动性，并呈现出液态的特性。
熔体的形成
当物质受到足够的热能作用时， 其固态晶体结构被破坏，分子或 原子获得足够的能量以克服相互 间的吸引力，形成自由流动的状
分子间作用力
熔体中分子或原子间的相互作用力 决定了其物理性质，如粘度、表面 张力等。
熔体的分类
01
02
03
有机熔体
有机熔体是指由有机化合 物组成的熔体，如聚合物 熔体、油脂等。
无机熔体
无机熔体是指由无机化合 物组成的熔体，如玻璃、 金属熔体等。
混合熔体
混合熔体是指由两种或多 种物质组成的熔体，其性 质取决于各组成物质的性 质和比例。
态。
熔体的特点
熔体具有液态的流动性，可以自 由流动和润湿其他物质表面，同 时其粘度、密度和分子间作用力
等物理性质与液态相似。
熔体的特性
粘度
熔体的粘度是衡量其流动性的一 个重要参数，粘度越低，流动性
越好。
密度
熔体的密度是其在一定温度和压力 下的质量与体积的比值，不同物质 在熔融状态下的密度也有所不同。
在其他领域的应用
食品加工
熔体在食品加工中用于制作巧克力、糖浆、果酱等。
陶瓷与玻璃制造
熔体在陶瓷和玻璃制造中起到传递热量和形成所需形状的作用。
新能源领域
熔融盐在新能源领域中用于太阳能热发电和核能发电的热量传递和存 储。
合金材料的结构与性能分析
合金材料的结构与性能分析合金材料是由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的混合材料。
与单一金属材料相比，合金材料具有更优异的性能，如强度、硬度、塑性和抗腐蚀性等，因而广泛应用于各种领域。
本文将对合金材料的结构与性能进行深入分析。
一、合金材料的结构合金材料的结构是指由其组分、相组成及相互作用所形成的结晶结构。
其中，组分是指合金中各种元素的成分和比例；相是指区别于晶体的类块、粒状、链状和纤维状等结构，在一定条件下呈现出统一的组成、结构和性质；相互作用则包括相互扩散、扩散层、界面活性作用和相互作用的过程（如化学反应或物理反应）。
这些因素共同决定了合金材料的结构。
具体来说，合金材料的结构可以分为点阵结构、面心立方结构和体心立方结构三种。
点阵结构中，每个原子都占据晶体的顶点、中心或空隙处，属于最简单的结构。
面心立方结构中，每个原子都位于六个相邻原子的四分之三处，属于密堆积结构。
体心立方结构中，每个原子都位于八个相邻原子的中心处，属于稀堆积结构。
此外，合金材料的结构还受到配位数、禁带宽度、晶界和位错等因素的影响。
其中，配位数是指晶体中一个原子周围相邻原子的个数。
禁带宽度则是指能带内禁止轨道的宽度，宽度越大代表导电性能越好。
晶界是指晶体内两个不同结构的结晶之间的交界面，其性质和结构对合金材料的性能和使用寿命有重要影响。
位错是指原子排列出现错位的区域，在合金材料内可以理解为一个不光滑的晶面，在其附近的原子将受到影响。
二、合金材料的性能合金材料的性能是指其在特定条件下表现出的物理、力学和化学性能。
与单一金属材料相比，合金材料具有一些独特的性能，如高强度、耐蚀性、高温稳定性和抗腐蚀性等。
以下是合金材料在各种性能方面的分析：1. 强度：合金材料的强度与其组分和结构有关。
通常来说，合金中添加一些强化元素或组分，例如硬质颗粒、纤维状晶体和位错等，能够有效提高合金的强度。
2. 耐蚀性：由于合金材料中添加了一些防腐元素，能够有效提高其耐蚀性。
基于液态结构变化的金属熔体结构敏感物性的研究进展
Ｓｒｃ ｒ ｎ ｅｅ ｉ ｆ ｔ ｉｌ， ｎｓｙｏ Ｅ ｕ ａ ｏ Ｓ ａ ｄｎ ｎｖｒｉ－Ｊ ａ ５ ０ １ ｔ ｔ ｅ ｄＨ ｒｄｔ ｏ Ｍａｅ ａ Ｍｉｉｒ ｆ ｄ ｃｔ ｎ， ｈ ｎ ｏ ｇＵ ｉ ｓｙ，ｉ ｎ ２ ０ ６ ） ｕｕ ａ ｙ ｒ ｓ ｔ ｉ ｅ ｔ ｎ Ａ ｓａｔＴ ｅ ｅｅｔｅｅｒｈ ｒｇｅｓｄｖ ｌｐ ｎｓｒｓｌ ｄｉ ｕ ｓ ｎｔｅ ｅａ ｏ ｓｉ ｂｔ ｅｎｐ ｙｉ ｌ ｒｐｒｅ （． ｂｔ ｃ ：ｈ ｃｎ ｓａ ｏｒｓ， ｅｅｏｍｅ ｔ ｅｕｔ ａ ｓｅ ｌｔ ｎｈｐ ｅ ｅ ｈ ｓ ａ ｐｏｅｔ ｓ ｅ ｒ ｒ ｒ ｃｐ ， ｓｎ ｓ ｏ ｈｒ ｉ ｗ ｃ ｉ
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摘要； 综述 了 目前 国内外对液态金属物理性能 （ 黏度 、 如 密度 、 面张力、 表 电阻率等） 与液态微观 结构变化 的关系 的研
究现状 、 取得的成果和存在 的问题 。越来越多的研究结果证实 ， 合金液态存在液 一液结构 的转变 和物理性质 的不连
续性变化 ， 合金液态物 理性质的不连续性变化与液一液结构的转变有着密切的联系 。 对该方 向未来的发展提 出了展
《Al-Sm合金熔体和非晶合金的结构与性质的分子动力学研究》范文
《Al-Sm合金熔体和非晶合金的结构与性质的分子动力学研究》篇一题目：Al-Sm合金熔体与非晶合金的结构与性质的分子动力学研究一、引言近年来，Al-Sm合金熔体与非晶合金的结构与性质的研究引起了广大科研工作者的广泛关注。
这两类材料在电子、航空、汽车等众多领域有着广泛的应用。
随着科技的发展，利用分子动力学（MD）模拟技术来研究其结构与性质成为了热门的研究方向。
本文旨在通过分子动力学模拟技术，深入探讨Al-Sm合金熔体与非晶合金的结构和性质。
二、Al-Sm合金熔体的分子动力学研究1. 模型建立与参数设定本部分研究中，我们采用了合理的力场参数，如Lennard-Jones势和Coulomb势等，来描述Al-Sm合金熔体的原子间相互作用。
同时，我们建立了包含一定数量原子的三维模型，并设定了适当的温度和压力条件。
2. 结构分析通过MD模拟，我们观察到Al-Sm合金熔体中原子在高温下呈现无序的液态结构。
随着温度的降低，部分原子开始有序排列，形成有序的晶态结构。
通过对不同温度下原子的空间分布、配位数以及原子间键长的分析，我们可以得出Al-Sm合金的相图及其结构演化过程。
3. 性质研究通过对MD模拟得到的数据进行热力学分析，我们发现Al-Sm合金熔体的热导率、粘度等物理性质随着温度的变化而变化。
同时，我们还发现合金的电导率、热稳定性等性能与其微观结构密切相关。
三、非晶合金的分子动力学研究1. 模型建立与参数设定非晶合金的原子排列无序度高，因此我们采用了更精细的力场参数来描述其原子间相互作用。
此外，我们还建立了具有不同成分的非晶合金模型，以研究其结构和性质的差异。
2. 结构分析非晶合金的原子排列无序度高，但仍然存在一定的短程有序结构。
通过MD模拟，我们可以观察到非晶合金中原子间的相互作用及其对整体结构的影响。
此外，我们还发现非晶合金中存在一些亚稳态结构和缺陷。
3. 性质研究非晶合金具有优异的力学性能、耐腐蚀性等特性。
合金材料的性能与结构关系研究
合金材料的性能与结构关系研究随着科技的发展，制造业的发展也越来越迅猛。
合金材料是现代工程领域中重要的材料之一，具有极高的强度和硬度，并具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温等优良性能。
我们不仅可以在工业领域使用它，甚至在医疗领域也能看到合金材料的身影。
但是，不同种类、不同制造工艺的合金材料性能有所不同。
因此，我们需要系统研究合金材料的性能与结构关系，以便更好地利用它们。
一、合金材料的基本知识合金材料是由两个或两个以上金属元素（或者是非金属元素）按照一定的比例掺杂而成的材料。
与纯金属相比，合金材料的力学性能、物理性能、化学性能等诸多方面得到了显著提高。
因此，合金材料在冶金、机械制造、航空航天、医疗等不同领域都有着广泛的应用。
合金材料可分为两类：系固溶体合金和高分子化合物合金。
其中，系固溶体合金的主要成分是金属元素，它们的原子相互溶解在一起，形成固定的晶格。
高分子化合物合金是指在高分子基础上添加一些杂质或共聚单体，经过化学反应而形成的材料。
两者的性能和结构有所不同。
二、合金材料性能与结构关系的研究不同的合金材料在力学性能、物理性能和化学性能上的性质都不相同。
这种差异与合金的结构密切相关。
因此，科学家们通过研究合金结构的变化和物理性能，来建立合金材料的“结构-性能”关系模型，为工业应用提供依据。
首先，结构调制是为了达到合金材料优异性质的重要手段之一。
通过热处理、冷变形等方式改善合金晶体的结构，可使其机械性能大幅度提高。
例如，调制金银合金的结构可以显著改善其导电性和硬度；调制氮化硼钨合金的结构可使其耐磨性和高温性能变得更加优良。
其次，我们还可以通过成分调制的方式改变合金材料的性质和结构。
不同的成分比例和种类会导致不同性能的合金，因此成分的调制成为探究合金性能和结构的重要途径。
例如，添加锰、铁、硅等元素可以增强钢材的塑性，提高其机械强度；添加铜、镍、锡等元素可以使铅铜合金的电性能更好。
最后，合金材料的结晶形态也与性能密切相关。
合金材料组织结构与性能关系研究
合金材料组织结构与性能关系研究合金材料是指由两种或两种以上的金属元素或者一种以上的金属元素与一种非金属元素组成的材料。
在各个领域中得到广泛应用，例如汽车、航空航天、电子、冶金、建筑等领域。
合金材料的性能及其工作寿命与其组织结构有着密切的关系，因此研究材料的组织结构与性能关系具有重要的理论意义和应用价值。
一、合金材料的组织结构合金材料的组织包括晶粒、晶界和相分布三个方面。
晶粒是一种有序排列的晶体集合体，是合金材料中最基本的组织单位。
晶粒的尺寸和形状对合金材料的性能有着显著的影响。
晶界是不同晶粒之间的交界面，由于其结构的不规则性，在强度、脆性及导电性等方面都具有不同于晶粒的特性。
相分布指的是合金制备过程中的相变现象，可以影响合金的性能以及其应用情况。
特别是在制备高温合金时，相变的控制是非常重要的，以保证材料在高温下的性能不受到影响。
二、合金材料的性能合金材料的性能指的是它们的物理和化学性能，包括力学性能、热学性能、电学性能等。
力学性能是指材料在受力情况下的性能，主要包括强度、韧性、硬度等方面。
热学性能则涉及到材料的热膨胀系数、热导率、比热等参数。
电学性能则与材料的电导率、电导率温度系数等有关。
三、合金材料组织结构对性能的影响晶粒大小：晶粒越小，强度越高，韧性越好。
这是因为晶粒越小，晶界的密度越高，晶界的强化作用越显著。
晶界结构：晶界的结构不规则，局部应力和应变的分布也不规则，因此晶界对应力和应变的分布起到了衬托和集中的效果，使材料的破坏变得容易。
此外，晶界的强化效应也会影响材料的韧性和硬度等性能。
相分布：相分布的控制可以影响材料的宏观性能和应用方向。
例如，在高温合金中，需要控制相分布以确保材料在高温和高应力条件下仍然保持韧性和抗蠕变性。
四、合金材料组织结构与性能的优化策略晶粒细化：通过材料加工过程中的细化或减小晶粒尺寸控制晶界密度，增加晶界的强化作用，以提高材料的强度和韧性。
晶界结构优化：通过合适的材料加工和热处理控制晶界结构及其化学成分，以提高材料的综合性能。
合金材料的结构与性能关系研究
合金材料的结构与性能关系研究合金材料是指由两个或两个以上的金属或非金属元素组成的材料。
由于相互作用的复杂性，合金材料的结构和性能之间的关系一直是材料科学家和工程师们研究的焦点。
在本文中，我们将探讨合金材料的结构与性能关系的研究现状和相关领域的未来发展方向。
一、合金材料的结构在合金材料中，元素的不同比例和排列方式会导致不同的结构。
这些结构可以是晶体、非晶体或纳米结构。
晶体是由周期性的结构单位（晶格）组成的；非晶体则是没有明确晶体结构的物质；纳米结构是材料中纳米级别尺寸范围内排列的结构。
研究合金材料结构的方法有很多种，如X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等。
这些方法能够提供关于晶体结构、非晶体结构和纳米结构的信息。
二、合金材料的性能合金材料的性能包括力学性能、热力学性能和化学性能等。
例如，力学性能包括强度、硬度、延展性和韧性等；热力学性能包括热膨胀系数、热导率和比热等；化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性和耐热性等。
经过多年的研究，我们已经知道合金材料的结构与性能之间存在密切的联系。
在合金材料中，晶格缺陷、晶面角度和形貌、晶界等因素会影响材料的力学性能。
同时，研究发现，非晶态合金材料具有比传统结晶态合金更好的机械性能。
这是由于非晶态材料没有可定向的结晶缺陷、没有结晶边界和位错。
此外，具有纳米结构的材料还被证明具有更好的力学性能和热力学性能。
三、合金材料的研究现状目前，材料科学家和工程师们正在研究各种各样的合金材料，包括新的合金材料和改进的现有合金材料。
研究的方向包括改进合金材料的性能、开发新的合金材料、深入理解合金材料的结构和性能之间的关系等。
在这些研究中，计算模拟和实验技术的相结合非常重要。
通过使用计算模拟技术，科学家们能够在电脑上模拟出材料结构和性能，从而预测新的材料性能。
实验技术则可以验证计算结果并验证新的材料性能。
在实验方面，材料科学家和工程师们利用各种仪器对合金材料进行分析和测试。
例如，透射电子显微镜可以用于研究非晶态合金材料的结构；原子力显微镜可以用于研究纳米结构材料的结构；机械性能测试机可以用于测量材料的机械性能等。
合金材料的组织结构和性质研究
合金材料的组织结构和性质研究合金材料是指由两种或以上金属元素或非金属元素合成的材料，其独特的物理和化学性质在现代工业中得到了广泛的应用。
在合金材料中，组织结构对其性质的影响尤为重要。
本文将介绍合金材料的组织结构和性质研究，旨在探究合金材料的制备与性能控制的关系，促进合金材料的研究与应用。
一、合金材料的组织结构合金材料是由两种或多种金属元素或非金属元素组成的混合物，可以按组分进行分类，如Fe-C合金就是由铁和碳组成的合金。
根据组分比例不同，合金材料的结构可以是均匀固溶体、不均匀固溶体、化合物、混合物等。
均匀固溶体是由两个或多个金属原子均匀混合而成，具有无序的固溶体结构。
不均匀固溶体由两个或多个金属原子混合而成，其中一种原子浓度远高于另一种，因此不均匀固溶体还可以进一步细分为富集相和耗散相。
化合物是由两个或多个金属原子组成的晶体，其化学式可以用整数比表示，不同的比例代表不同的相。
混合物则是由两种或多种相组成的混合物，可以分为均相和不均相。
其中，均相混合物是由相同的组分组成，如合金、固溶体、溶液等;不均相混合物是由不同的组分组成，如熔体、液固混合物等。
除了组分对组织结构的影响之外，加工过程也会对其组织结构产生影响。
例如，在合金材料的制备过程中，可以通过固态变形、热处理、力学合金化等方法改变其组织结构。
固态变形是指通过压制、轧制、挤压等方法，以改变单晶体中的晶界、位错和纯化度，从而影响材料的力学性能。
热处理是指通过加热和冷却来改变材料的组织结构和性能。
例如，固溶体的加热和冷却过程可以形成富集相和耗散相，从而影响其力学性能。
通过利用力学合金化，可以将非均相系统转化为均相系统，并形成纳米晶，从而实现合金材料强度和塑性的协同提高。
二、合金材料的性质组织结构对合金材料的性质具有重要的影响。
合金材料的物理和化学性质取决于其组织结构特征及其变形、强化和稳定化的能力。
物理性质通常包括密度、热力学和热物性质、电磁性质和声学性质等，而力学性质通常包括强度、塑性、韧性和硬度等。
合金材料的结构和性能研究
合金材料的结构和性能研究随着科技的不断进步，新型材料的不断涌现，合金材料正日益成为重要的材料种类之一。
如今的合金材料不仅用于机械制造领域，而且在电子、医疗、航空航天等领域也得到了广泛应用。
合金材料的性能优越，且能够满足各种不同的使用要求，其研究与开发也成为了当今的重点研究方向之一。
一、合金材料的结构研究为了研究合金材料的结构，必须首先从材料的成分入手。
合金材料是由两种或两种以上的金属或非金属元素混合形成而成，其相互作用是构成材料的基础。
因此，通常采用的是通过化学合成的方法，制备出不同成分的合金材料。
合金材料的结构研究还需从材料的晶体结构入手。
晶体结构不仅合金材料的物理特性和力学特性有着密切的关系，且对于合金材料的其他性质，如化学、电学和热学性质等也有着重要的影响。
因此，晶体的性质以及晶体结构是合金材料研究的两个核心问题。
在对合金材料结构的研究过程中，研究人员通常采用的是X-ray衍射仪、电子显微镜等分析手段，通过不同成分合金材料的晶体结构和晶体构型来解析合金材料整体的内部结构及性质，并对其进行分析和研究。
例如，钨青铜合金、高熵合金等都是近年发现的新型合金材料，通过晶体结构分析，研究人员可以确认其独特的物质性质，以及该性质+结构的特殊作用机制，有助于指导新型材料的制备与应用。
二、合金材料的性能研究合金材料的性能研究是指研究合金材料在实际使用中的各项性质，包括物理性质、力学性质、磁学性质、化学性质等。
不同合金材料的性能各不相同，因此，对不同合金材料的性能进行研究具有重要的意义。
其中，合金材料的力学性质则是其中最重要的方面。
通过研究合金材料的力学性质，可以确定其在不同环境下的强度、硬度、耐久性、耐腐蚀性等重要性能参数，有助于指导制备新型材料。
比如，航空航天领域中，合金材料的连接件要求强度高、耐腐蚀性能好、耐高温性强等要求较高。
研究人员可以通过力学性质研究，针对不同应用场景进行特殊合金材料的制备，达到最佳的使用效果。
金属和合金熔体的结构
X射线测定装置：由加热和温度控制系统、真空系统、循 环水及压力传感器、X射线发生和接收器、角度测量仪、 样品保持及高温系统和操作模式控制系统等组成。 • 衍射分析过程： 1、将测试试样装入刚玉坩锅内，关闭样品室门，反复抽 真空，反充高纯氩三次，开始加热。 2、在试样达到预定温度后，检查试样液面是否平整和水 平。 3、检查试样液面与X射线管和探测器转动轨迹的圆心轴 是否 重合，若不重合，采用二分法调整。 4、调节衍射测量的X射线管的电压与电流，以及衍射的 初始角，并通过程序来确定在不同区间内的测量角度 步长，然后开始正式测量。
径向分布函数(Pair correlation function) 通常指的是给定某个粒子的坐标，其他粒子在空间的分 布几率（离给定粒子多远），所以径向分布函数可以用 来研究物质的有序性。 径向分布函数通常表示为：g(r,r') 对于|r-r’|比较小的情况，g(r,r’)主要表征的是原子 的堆积状况及各个键之间的距离。对于长程的性质， 由于对于给定的距离找到原子的几率基本上相同，所 以g(r,r’)随着|r-r’|的增大而变得平缓，最后趋向于 恒定值。通常定义g(r,r’)时，归一化的条件为|r-r’| 趋向于无穷大时，g(r,r’)趋向于1。通常，对于晶体， 由于其有序的结构，径向分布函数有长程的峰，而对 于非晶体（ amorphous ）的物质，则径向分布函数一 般只有短程的峰。
凝固态物理研究： • 液态金属的结构对于凝固态物理的研究也十分重要。 Kirchhoff 和De la Rive 在100多年以前测量了几种金属 在熔点附近的电阻率，发现金属的导电能力受固液转 变的影响较小。而在有些情况下，熔化增加了导电性。 • 电子的波动性可以使电子自由地在完整的晶格中移动。 当温度上升时，由于离子在晶格中的热振动导致的热 无序，电子波受到散射，电阻率增大。因此，固体物 理学家普遍认为液态金属是不良导体。 • 应用近自由电子理论或赝势理论可以解释上述实验现 象。
第三章 熔体的结构与性质(完整)
第三章熔体的结构与性质一、名词解释1、金属液的类晶结构:金属液在过热度不高的温度下具有准晶态结构，即金属液中接近中心原子处原子基本呈有序的分布，与晶体中相同（即保持近程有序），而在稍远处原子的分布几乎是无序的（即远程有序消失）。
2、铁液中的群聚态：过热度不高（10%-15%）的铁液，在一定程度上仍保持着固相中原子间的键。
但原子的有序分布不仅局限于直接邻近于该原子的周围，而是扩展到较大体积的原子团内，即在这种原子团内保持着接近于晶体中的结构，这被称为金属液的有序带或群聚态。
3、（还原性渣）炉渣的还原性：指炉渣从金属液中吸收氧，使之发生脱氧反应的能力。
4、（氧化性渣）炉渣的氧化性：指炉渣向与之接触的金属液供给氧，使其中的杂质元素氧化的能力。
（炉渣向金属液供给氧的能力。
）5、炉渣的磷容量：熔渣具有容纳或溶解磷酸盐或磷化物的能力。
6、炉渣的容量性质：炉渣具有容纳或溶解某种物质的能力。
7、炉渣的硫容量：炉渣具有容纳或溶解硫的能力。
8、炉渣的碱度：指炉渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物的含量比值。
9、炉渣的熔点：加热时固态炉渣完全转变为均匀液相或冷却时液态开始析出固相的温度。
10、炉渣的表观（黏度）粘度：当炉渣内出现了不溶解的组分质点或是在温度下降时，高熔点组分的溶解度减少，成为难溶的细分散状的固相质点而析出，炉渣变为不均匀性的多相渣，其粘度（黏度）比均匀性的渣的粘度（黏度）大得多，不服从牛顿（黏）粘滞定理，则其粘度称为表观粘（黏）度（炉渣成为非均匀性渣）。
11、表面活性元素：能够导致溶剂表面张力剧烈降低的元素，如微量的O S N等。
12、表面活性物质：能导致溶剂表面张力剧烈降低的物质。
二、填空1、在冶金生产中，认为氧、硫等是铁液的表面活性元素，其原因是：氧硫等元素的存在会导致铁液的表面张力显著降低。
2、反应[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe] ，反应[C]+(FeO)=CO+[Fe]，[FeS]+(CaO)=(CaS)+[FeO]，[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]，[S]+(CaO)=(CaS)+[O]的离子方程式为：[Si]+4( O2-)+2(Fe2+)=(SiO44-)+2[Fe]；C]+(O2-)+(Fe2+)=CO+[Fe]；[ S] +（O2-）=（S2-）+[O]；[Mn]+(Fe2+)=(Mn2+)+[Fe]；[S]+( O2-)=(S2-)+[O]。
金属熔体的结构与性质_液相线以上不高温度区间原子集团的演变_弭光宝
中国科学: 物理学 力学 天文学2010年 第40卷 第9期: 1071 ~ 1078 SCIENTIA SINICA Phys, Mech & Astron 引用格式: 弭光宝，李培杰，何良菊. 金属熔体的结构与性质II ——液相线以上不高温度区间原子集团的演变. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2010, 40: 1071~ 1078《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS论 文金属熔体的结构与性质II ——液相线以上不高温度区间原子集团的演变弭光宝①②*, 李培杰①②, 何良菊①① 清华大学 新材料国际研发中心, 北京 100084;② 清华大学 机械工程系先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084 * E-mail: mgb07@收稿日期: 2009-10-19; 接受日期: 2009-12-29国家重点基础研究发展计划(编号:2007CB613702)和国际科技合作项目(编号:2007DFC50090)资助摘要 基于液态金属的微观不均匀性理论, 建立了一个定量描述金属熔体结构信息的计算模型, 该模型只需要固态金属的热物性参数及基本结构参数即可给出熔体结构的主要信息, 包括激活原子的相对浓度、原子集团的尺寸及其内部包含近程有序原子数等. 利用所建立模型计算了液相线以上不高温度区间铝、镍熔体的主要结构信息, 计算结果与试验值符合较好. 同时, 分析了过热温度对第I 、第II 主族元素的熔体结构信息的影响, 随着温度的升高, 熔体结构信息发生规律性变化; 讨论了原子序数对第I 、第II 主族元素的熔体结构信息的影响, 对于第I 主族元素, 熔体结构信息随着原子序数的增加而呈规律性变化, 原因是第I 主族元素的所有晶体结构均为bcc 点阵排列, 而对于第II 主族元素, 熔体结构信息变化未呈现出显著的规律性, 这主要是第II 主族元素晶体结构的点阵排列呈hcp-fcc-bcc 转变所致. 这为深入认识金属熔体结构及预测熔体物性变化提供了有效的途径.关键词 液态金属, 微观不均匀性, 熔体结构信息, 原子集团, 计算模型 PACS: 61.25.Mv, 61.20.Gy, 83.85.Jn金属熔体的状态与结构对凝固过程和组织均有重要影响[1], 通过物理或化学方法对金属熔体进行加工处理, 可以改变熔体的状态与结构, 从而达到“控构”和“控性”的目的, 但其处理作用的效果和本质很大程度上依赖于人们对金属熔体结构信息的认识. 当前, 随着液态物理学的发展, 已经提出了很多关于描述金属熔体结构和性质的理论或模型[2,3], 如金属熔体微观不均匀理论、Френкель液态空穴理论、 Сиботаксис理论、无规密堆硬球模型、亚稳相胶体模型、自由体积模型和准晶模型等, 这些理论和模型从不同角度形象地或定性地描述了液相线以上一定温度区间内金属熔体的结构特征, 对液态物质结构本质的深入研究及新现象的发现产生了重要影响, 其中压力、温度诱导液-液相结构转变[4~6], 不仅修正了液态金属结构和性质连续变化的传统观念, 还为人们进一步探索熔体结构的精确信息提供了很好的启示. 但遗憾的是, 囿于物理学基础微观理论工具的复杂性或由于试验手段的限制, 这些理论和模型均弭光宝等: 金属熔体的结构与性质II ——液相线以上不高温度区间原子集团的演变1072难以进行定量计算[3]. 因此, 本文基于金属熔体微观不均匀理论, 试图利用金属晶体的热物性参数及基本结构数据定量地给出液相线以上不高温度区间金属熔体的主要结构信息.1 数学模型1.1 金属熔体结构模型及激活原子的形成 根据固体物理学晶格振动理论, 原子在金属晶体中的热振动能量与其在平衡位置做小振动的特性有关. 在金属晶体中, 如果忽略自由电子对比热的影响(在绝对零度时, 虽然晶体中原子的热运动停止了,而自由电子的运动没有停止, 尤如单独的原子或分子中电子运动是不能停止一样[7]), 则内能U 只是与原子的热振动有关, 其等容比热d /d .Cv U T = 由量子力学原理, 其频率为f s 的原子具有的能量01,2exp 1s s hf U hf hf kT =+⎛⎞−⎜⎟⎝⎠(1) 式中, h 为普朗克常数, k 为玻尔兹曼常数, T 为绝对温度, s f 为晶体中原子的振动频率; 第一项0/2hf 表示绝对零度时原子振动所具有的能量; 第二项exp 1ss hf hf kT ⎛⎞−⎜⎟⎝⎠是由振动频率f s 引起的、与温度有关的能量. 当温度很低时, /s hf kT 很大, 故第二项所引起的内能和比热都很小, 在绝对零度时接近零; 当温度升高时, 频率增大, 所以第二项对热能的贡献也增大, 在频率提高的同时, 原子振动的振幅也相应地增大.当金属晶体达到熔化温度时, 由弗兰克尔熔化热力学理论[7], 金属熔化温度,3ln m m slH T ff Δ=ℜ⋅(2)式中, m H Δ为熔化潜热; l f 为熔体中原子的振动频率; ℜ为常数.显然, s f >,l f 这是因为金属熔体中原子间的距离比固体中原子间的距离大, 即振幅大, 二者相差约2~3倍, 这与压缩弹性模量的差别完全相符[7].所以, 当温度达到熔点附近时, 原子振动的频率出现最大值. 如果金属熔体结构完全均匀, 则原子振动的能量服从概率分布, 呈现涨落现象. 事实上, 金属熔体中存在着微观不均匀结构[8], 根据液态金属的微观不均匀性理论[8~11], 可以将其结构描述为图1所示的模型, 即液相线以上一定温度区间内, 金属熔体由带低能量原子的类晶体原子集团和含有高能激活原子的失稳区域构成, 其中原子集团的平均尺寸为2~5 nm, 存在的时间为10−7~10−8 s(这两个区域的相互作用处于动力学平衡状态, 并且经常交换原子),因而原子集团内部的原子和激活原子有不同的振动频率, 这种频率的差别并不是一般意义上概率分布的差异. 因此, 金属熔体中的原子集团和激活原子可以作为一个系统的两个方面进行描述: 当失稳区域的原子具有足够大的能量时, 使激活原子的振幅进一步增大, 此时原子就会脱离正常的平衡位置, 在金属熔体的失稳区域就会形成空穴; 在动力学平衡条件下的原子集团中, 原子的微观局域振动类似晶体中的原子振动, 比晶体中原子的振幅略大一些, 当组成原子集团的某一个原子获得足够大的能量时, 原子局域振动就会增大至足以使原子脱离平衡位置的振幅, 这个原子就会进入熔体中的失稳区域, 即原子集团内的一个原子成为被激活原子.图1 金属熔体的结构模型示意图1.2 平衡条件下激活原子的相对浓度假设体积为V S 的金属晶体中共有N 个原子, 熔点处金属熔体中相对均匀地分布着m 个原子集团,中国科学: 物理学 力学 天文学 2010年 第40卷 第9期1073且每个原子集团的尺寸近似相等(用平均半径R 表示); T 温度下原子集团中n 个原子被激活而进入熔体的失稳区域, 则将原子集体内这n 个原子移至失稳区域必须做相应的功, 这就会使失稳区域中新增原子的内能得到增加. 设原子集团中被激活一个原子所需要的能量(激活能)为Q , 则将n 个原子从原子集体中移到失稳区所需要的激活能为nQ , 此时, n 个高能激活原子进入金属熔体的失稳区域, 从而使金属熔体由m 个平均半径为R 的原子集团和n 个激活原子及少量空穴组成, 故增加了金属熔体的熵值(混合熵), 用S 0表示. 与此同时, 激活原子进入金属熔体失稳区域后,临近原子的振动情况也发生了变化, 引起的熵值称为振动熵[12], 用S f 表示.根据热力学基本原理, 系统自由能,F U TS =− (3) 式中, U 为内能; S 为总熵值, S =S 0+S f . 根据统计物理的基本原理, 混合熵0()!ln,!!N n S k N n += (4)式中, ()!!!N n N n +表示金属熔体中被激活原子的热力学概率(可能存在的位置、可能有的排列或可能有的不同方式数). (4)式从统计学上描述了热力学函数熵与微观状态之间的联系. 由统计热力学史特林(Stirling)近似计算公式, 当N 很大时, 有 ln !ln ,N N N N ≈− (5) 则(4)式可以写成[]0()ln()ln ln .S k N n N n N N n n =++−− (6) 在动力学平衡状态下, 对于相对稳定的金属熔体系统, 根据能量最小原理, 自由能应为最小值, 所以[]ln()ln 0,f FQ kT N n n TS n ∂=−+−−=∂ (7) 则ln ,f Q TS N n n kT −+= (8) 于是, 金属熔体中激活原子的相对浓度为 11(),exp 1A n C T N Q A kT −==⎡⎤⎛⎞−−⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦ (9) 式中, A 为振动熵项, exp .f S A k ⎛⎞=⎜⎟⎝⎠假设金属熔化时熔化潜热m H Δ用于产生原子集团和激活少量自由原子, 而汽化潜热b H Δ用于破坏单个原子与其相连的多个化学键, 则当T ＝T m 时, 金属熔体中被激活原子的相对浓度010C ,2mb n H Z NH Δ==Δ (10)式中, 0n 为熔点处金属熔体中的激活原子数; bH Δ为汽化潜热; Z 1为金属熔化后的配位数(用金属熔化前的配位数替代). 所以, 通过式(9)等式变换, 并将式(10)代入, 得到振动熵项 0011exp exp .211b m m m C Q Q A H kT C kT Z H ⎛⎞⎛⎞==⎜⎟⎜⎟Δ+⎝⎠⎝⎠+Δ (11)由于已知金属晶体的晶格点阵尺寸是常量, 则考虑到第二、第三配位球面的影响, 根据适应于晶格稳定性的结构判据[13,14], 引入有效配位数0,Z γδ= (12) 式中, δ 为适应于晶格稳定性的结构判据, 取值取决于晶格类型, 对于fcc, bcc 和hcp 晶格结构, δ 取值分别为0.0953~0.0965, 0.1206~0.1366和0.1004~ 0.1105; 0γ为常数. 考虑到被激活原子进入金属熔体失稳区域的实际情况, 激活原子与其他激活原子或原子集团外侧原子之间存在相互作用, 所以(11)式中的激活能00,bg H Q U N αδαγ⋅⋅Δ==⋅ (13)式中, α 为失稳区域内的几何形状因子, α = Z 1/12; N 0为阿伏加德罗常数, g U 为激活原子集团中一个原子所需要的能量.由(13)式得到的激活能Q 值的数量级与熔化潜热在同一数量级, 这与弗兰克尔所指出的“在液态金属中, 扩散所需要的激活能是汽化潜热的几十分之一, 即为熔化潜热的数量级”是一致的[7].由于每一种金属都存在一个或多个原子集团失稳(或破坏)的温度T i [15,16](液态金属的物性发生异常变化或滞后现象), 即熔体从液态到气态转变过程中弭光宝等: 金属熔体的结构与性质II ——液相线以上不高温度区间原子集团的演变1074将发生一次或多次结构转变, 每一次微观结构变化都会反映在液态金属宏观物性的突变上, 大量的研究工作均揭示了这一现象[6,17~20], 如在升温过程中, Al 熔体黏度曲线在780℃和950℃左右发生异常变 化[17], 所以我们在原子集团发生破坏的第一临界温度T C 以下研究其变化规律, 即在熔点温度T m 至原子集体发生破坏的第一临界温度T C 以下原子集体尺寸仅随着温度呈现连续变化. 因此, 液相线以上不高温度区间的激活原子相对浓度 A C 11() (),exp 1m C T T T T Q A kT −=≤<⎡⎤⎛⎞−−⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦ (14) 式中, A 为振动熵项, 11exp ;21b m mQ A H kT Z H ⎛⎞=⎜⎟Δ⎝⎠+Δ Q 为激活能, 00.b H Q N αδγ⋅⋅Δ=⋅ 1.3 原子集团尺寸及其内部包含的近程有序原子数设金属熔体中的原子集团是由ij n 个近程有序原子组成的球体, 则从晶格点阵排列的几何关系出发,根据原子集团的尺寸与其内部所包含近程有序原子数的几何关系, 同时考虑金属熔化时近程有序原子数与剩余结合键数的物理关系, 可以得到 ()1/31,,ij ij R r n n n αβ⎧⎡⎤=⋅−⎪⎢⎥⎣⎦⎨⎪=⋅⎩ (15) 式中, R 为原子集团的平均半径; ij n 为原子集团中包含的近程有序原子数; α为几何形状因子, 0<α≤1, 由其他晶格结构(fcc, bcc 和hcp 等)的原子排列等价于简单立方点阵(sc)结构后的原子数与等表面积sc 结构包含原子数的比值得到; n 为金属晶体发生固-液相转变后原子集团内的剩余结合键数, ()3/b m n H H =ΔΔ(可用数学归纳法证明); β 为几何形状系数, 主要取决于金属的晶格点阵结构类型和配位数, 对于fcc 结构, β = 0.25, 对于bcc 结构, β = 0.5625, 对于hcp 结构,β = 0.2; r 为原子集团内部原子之间距离的一半, 由于 金属熔体中原子的第一近邻配位数与相应的晶体相近, 就原子集团内部的近程有序结构而言, 二者的差别是非本质的, 根据固体与分子经验电子理论(EET)[21], 原子的共价半径与金属半径的数值基本一致(金属键在本质上是一种共价键的依据之一), 所以在(15)式中引入原子的单键半距作为表征原子尺度的特征量. 下面分两种情况进行讨论. 当T = T m 时: 对于所有金属晶体而言, 原子集团的尺寸或其内部所包含近程有序原子数与C 0存在一一对应关系, 所以将(10)式代入(15)式可以得到R ,ij n 与C 0之间关系的一般表达式 11331()1,2(),8ij Z R C r C Z n C C αβ−−⎧⎡⎤⎛⎞=⋅⋅−⎪⎢⎥⎜⎟⎪⎝⎠⎣⎦⎨⎪=⎪⎩ (T ＝T m ). (16) 当T m ＜T ＜T C 时: 如前所述, 在T m ~T C 温度区间内, 由于金属熔体中被激活原子的相对浓度为温度的连续函数, 随着被激活原子相对浓度的增大, 原子集团内包含的近程有序原子数不断减少, 所以原子集团内的近程有序原子数同样为被激活原子相对浓度的连续函数, 即在T 温度条件下, 被激活原子的相对浓度与原子集团内的近程有序原子数(原子集团的尺寸)存在一一对应关系, 于是将(14)式代入(16)式中可以得到函数关系式 010********()exp 11,2111()exp 1,8m ij m C Z Q R T r C k T T C Z Q n T C k T T αβ⎧⎡⎤⎛⎞⎛⎞⎛⎞⎛⎞+⎪⎢⎥⎜⎟=⋅⋅⋅−−−⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎪⎢⎥⎝⎠⎝⎠⎝⎠⎪⎝⎠⎣⎦⎨⎪⎡⎤⎛⎞+⎪=⋅⋅⋅−−⎢⎥⎜⎟⎪⎢⎥⎝⎠⎣⎦⎩(T m <T <T C ) (17)式中, ()R T 为T 温度下原子集团的平均半径; ()ij n T 为T 温度下原子集团内包含的近程有序原子数; 其他参数见(10)~(15)式.由于给定液态金属中原子集团的大小、数量及分布是过冷度的函数[22], 即在过冷熔体中原子集团的尺寸及其内部包含的近程有序原子数同样为温度的连续函数, 所以(17)式也适用于过冷熔体结构信息的计算.至此, 综合(14)和(17)式, 我们便得到了金属熔体结构信息的基本参数(C A , R 和n ij )及其相应的表 达式.中国科学: 物理学 力学 天文学 2010年 第40卷 第9期10751.4 影响模型精度的主要因素1) 金属熔体结构假设及基本参数一方面, 计算模型是基于微观不均匀性理论建立的, 金属熔体的理想化模型、熔化前的晶格结构参数和热物性参数对熔体结构信息有很大的影响; 另一方面, 计算时所需要基本参数的数值在不同手册中差别比较大, 这是计算结果产生误差的重要原因.2) 原子集团内部原子之间的距离与金属晶体中原子之间的距离相比, 原子集团内部的原子间距离随着熔体温度的变化而改变, 虽然计算模型中引入了单键半距来表示, 一定程度上减小了误差, 但事实上, 晶体熔化过程中体积的增大(一般认为体积会膨胀3%~7%)、随熔体温度升高而引起的距离改变都没有直接表达出来, 影响了模型精度.3) 原子集团的形状根据能量最小原理, 金属熔化后原子集团以近似球形存在, 计算模型中将其假设为球形, 而在实际熔体中原子集团的结构取决于熔化前的晶格结构, 原子集团的形状具有不规则性, 该假设对模型精度的影响是不可避免的.4) 金属熔化时的配位数尽管计算模型中考虑了第二、第三配位数的影响, 减小了误差, 但采用金属熔化前的配位数替代熔化后的配位进行计算, 还是会造成原子集团内部所包含的近程有序原子数偏高的.2 模型的应用2.1 铝、镍熔体结构信息的计算纯铝的热物理性参数及基本结构参数为[21,23]: Al 为fcc 晶格结构, T m =933 K, b H Δ=294.0 kJ/mol,m H Δ=10.71 kJ/mol, 晶格常数a ＝4.041 Å(25℃,99.998%), 原子的单键半距r ＝1.429 Å.纯镍的热物理性参数及基本结构参数为[21,23,24]:Ni 为fcc 晶格结构, T m = 1726 K, b H Δ=380.7 kJ/mol,m H Δ=17.6 kJ/mol, 晶格常数a =3.52 Å, 原子的单键半距r =1.244 Å.根据(17)式可以获得铝、镍熔体结构信息的基本参数(激活原子的相对浓度、原子集团的尺寸及其内部近程有序原子数), 如表1和2所示.从表1和2计算结果可以看出, 液相线不高温度区间, 随着温度的升高, 熔体结构信息呈规律性变化, 原子集团的平均尺寸在20~50 Å范围内, 这与Баум和Ершов等人[8~10]的观点相吻合. 对于铝熔体, Левин等人[25]研究了熔点附近的晶体结构, 用试验方法确定了熔体中有序结构区的大小, 最终得到原子集团表1 不同温度下铝熔体结构信息的基本参数温度(K) 原子集团的平均直径d (Å)原子集团内包含的原子数n 激活原子的相对浓度C AT m 36.37 5171 0.219 T m +20 33.54 4133 0.236 T m +40 30.99 3323 0.253 T m +60 28.68 2688 0.272 T m +80 26.58 2185 0.291 T m +100 24.66 1785 0.312 T m +15020.55 1098 0.366表2 不同温度下镍熔体结构信息的基本参数温度(K)原子集团的平均直径d (Å)原子集团内包含的原子数n激活原子的相对浓度C AT m 23.80 2360 0.284 T m +20 23.06 2163 0.292 T m +40 22.34 1986 0.301 T m +60 21.64 1825 0.309 T m +80 20.98 1679 0.318 T m +100 20.36 1547 0.327 T m +150 18.88 1268 0.349弭光宝等: 金属熔体的结构与性质II ——液相线以上不高温度区间原子集团的演变1076的平均尺寸为32.0 Å, 这与表1中熔点处原子集团平均尺寸的计算值基本一致(二者之比为 1.136); 对于镍熔体, Скребцов等人[16]通过分析高温X 衍射试验数据, 在温度为1743 K 时, 原子集团内包含的近程有序原子数为1825个, 而根据(17)式计算可知, 该温度下原子集团中所包含原子数为2191个(原子集团平均尺寸为23.2 Å、激活原子的相对浓度为0.291), 计算结果与试验值符合较好(二者之比为1.20).2.2 第I 、第II 主族元素熔体结构信息的计算第I 、第II 主族元素的热物性参数及基本结构参数如表3所示, 根据(17)式可以获得第I 、第II 主族元素的熔体结构信息及其随过热温度的变化趋势, 如图2~4所示. 从图中可以看出, 在液相线以上不高温度区间, 随着温度的升高, 原子集团的尺寸不断减小, 激活原子的相对浓度不断增大, 原子集团内所包含的近程有序原子数不断减少; 在同一温度下, 对第I 主族元素而言, 熔体结构信息随着原子序数(周期数)的增加而呈规律性变化, 即从元素Li →Cs, 原子集团的尺寸逐渐增加, 激活原子的相对浓度逐渐增大, 而原子集团内所包含的近程有序原子数逐渐减少, 如图2(a), 3(a)和4(a)所示, 原因是第I 主族元素的所有晶体结构均为bcc 点阵排列, 随着原子序数的增加, 一方面原子本身的尺寸不断增大, 另一方面原子之间的结合力不断减弱, 使原子集团内原子间的距离不断增大, 故原子集团的尺寸增大而其内部近程有序原子数减少; 对于第II 主族元素而言, 由于随着周期数的增加, 晶体结构的点阵排列呈hcp-fcc-bcc 转变, 所以熔体结构信息的变化并没有规律性, 如图2(b), 3(b)和4(b)所示.3 结论1) 基于液态金属的微观不均匀性理论, 建立了一个定量描述金属熔体结构信息的计算模型, 该模型只需要金属晶体的热物性参数及基本结构参数即可给出熔体结构信息的基本参数, 主要包括激活原子的相对浓度C A 、原子集团的平均半径R 及其内部包含近程原子数n ij 等, 为深入认识金属或合金熔体表3 第I 、第II 主族元素的热物性参数及基本结构参数[21,23,24]金属元素 Li Na K Rb Cs Be Mg Ca Sr Ba 晶体结构 bcc bcc bcc bcc bcc hcp hcp fcc fcc bcc 熔点T m (K) 454 371 337 312 302 1556 923 1112 1042 1002 单键半距R (Å) 1.549 1.896 2.349 2.48 2.67 1.123 1.598 1.970 2.148 2.215 熔化潜热(kJ/mol) 3.02.6 2.334 2.192 2.092 11.72 8.69 8.54 8.30 7.75汽化潜热(kJ/mol)145.92 108.34 79.87 72.216 67.74 297.64 133.76 153.64 144.0 141.51图2 金属熔体中原子集团的尺寸(a) 第I 主族元素; (b) 第II 主族元素中国科学: 物理学 力学 天文学 2010年 第40卷 第9期1077图3 金属熔体中激活原子的相对浓度(a) 第I 主族元素; (b) 第II 主族元素图4 金属熔体中原子集团内部包含的近程有序原子数(a) 第I 主族元素; (b) 第II 主族元素结构信息及预测熔体物性变化提供了便捷的途径.1010330101(),exp()1111()exp (11,2111()exp ()1.8A m ijm C T Q A kT C Z Q R T r C k T T C Z Q n T C k T T αβ−⎧=⎪⎡⎤⎪−−⎢⎥⎪⎣⎦⎪⎪⎡⎤⎛⎞⎛⎞⎛⎞+⎨⎢⎥=⋅⋅⋅−−−⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎪⎢⎥⎝⎠⎝⎠⎝⎠⎣⎦⎪⎪⎡⎤+⎪=⋅⋅⋅−−⎢⎥⎪⎣⎦⎩2) 利用所建立模型计算了液相线以上不高温度区间铝、镍熔体的主要结构信息, 计算结果与试验值符合较好.3) 通过计算不同温度条件下第I 、第II 主族元素的熔体结构信息可知, 随着温度的升高, 熔体结构信息发生规律性变化, 即C A 逐渐增加、R 逐渐减小和n ij 逐渐减少.4) 对于第I 主族元素, 熔体结构信息随着原子序数(周期数)增加而呈规律性变化, 原因是第I 主族元素的所有晶体结构均为bcc 点阵排列, 而对于第II 主族元素, 熔体结构信息变化没有明显的规律性, 这主要是第II 主族元素晶体结构的点阵排列呈hcp-fcc- bcc 转变所致.弭光宝等: 金属熔体的结构与性质II——液相线以上不高温度区间原子集团的演变参考文献1周尧和, 胡壮麒, 介万奇. 凝固技术. 北京: 机械工业出版社, 1998. 5—82ЕланскийГН, КудринВА. 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在液相线以上50℃时碳对熔铁密度的影响
当含碳小于0.2%时，密度出现最小值；而当碳含量达到0.4%时，密度出现最大值。 这说明前者液体结构近似于δ-Fe的近程排列，而后者液体结构近似于γ-Fe的近程 排列。当含碳浓度接近共晶点(约4.2%)时，其密度又出现明显的最大值。 这是由于质点间有强烈的相互作用，使原子间距减小。
粘度的异常变化是由于结构从中程有序向短程有序的转变引起的。
金属Al液在不同条件下的粘度的变化
真空下，Al液在升温到920℃时勃度突然降低，而在冷却到730℃时，粘度又显著提高 氦气保护下，粘度在升温到1000℃时显著提高，在降温到800℃时又减小
Al液在不同条件下发生的转变是原子结构排布由紧密型向分散型所致。
测定方法：
静力学 方法：
毛细管波法和震动滴法。
测量某一状态下的某些特征值来计算表面张力。 毛细管上升法、气泡最大压力法、静滴法、悬滴法和滴重法 和震动滴法。
提拉圆环法
表面张力与熔体结构的关系
黄新明用提拉圆环法对硅熔体表面张力进行测量
•在1425 ℃以上时，随温度下降表面 张力线性增加，呈负的温度系数;
电阻率与结构的关系
在测量温度范围内，液态Sb的 电阻率温度系数在722℃处发 生明显改变
液态Sb电阻率与温度的关系
通过Ziman理论分析：液态Sb存在的共价结合特点的有序结构随温度的 变化是导致该熔体电子运输性质表现反常变化的主要原因。
电阻率与结构的关系
Hg-Na合金电阻率在某一成分偏离了与成分的直线关系，这被 认为发生了异常变化。
金属熔 体温度
A:与熔体相关的常数 E：活化能 KB ：玻尔兹曼常数
η = A exp ( Eη/ kBT)
影 响 因 素
粘度随温度的升高而下降
金属熔 体成分
μA ：合金的运动粘度；Δu ：转换能 x1 、x2：合金中两种成分的摩尔分数 μ1 、μ2 ：分别为两种成分的运动粘度
Al-Si 合金：共晶点左边, 含硅量增加, 粘度值下降; 在共晶点右边, 含硅量的增加, 粘度值增高。
合金熔体的敏感物性及其 与结构的关系
学生：张长江（09B909036） 导师：刘志光 教授
12/21/2009 School of Materials Science and Engineering Harbin Institute of Technology
金属熔体结构
金属熔体结构
液态金属微观结构的变化将引起熔体敏感物性发生变化， 根据熔体的敏感物性变化规律可以揭示其结构变化特征， 为合理控制传递熔体结构信息的遗传因子提供科学依据。
电阻率
电阻是结构敏感物性之一，当金属中组织结构发 生变化时，电阻的测量能够反映出相应的变化， 在未发生结构突变的情况下，金属及合金的电阻 会随温度而变。
通常，对大多数液态金属或合金而言，温度越高，电阻越 大，且电阻R的变化与温度成比例连续光滑地渐变。
但当结构发生突变时(无论是金属或合金的固态还 是液态)，反映在电阻测量上，其值也会在相应的 位臵出现突变。 测量方法：采用的是直流四电极测量方法。
影 响 因 素
成分的 影响 D=(xADB*+xBDAБайду номын сангаас)(1+δlnγB/ δ lnxB)
测定方法： 毛细管法、转盘法和固态电解质原电池法
展望
通过熔体的物理性质研究可以反映出熔体中存在结构 转变的可能性，但是仅仅有物性的测量是远远不够的。有 些研究者认为，金属熔体物性的反常变化是由于试验误差 而引起的，而并非结构转变所致。因而，对金属熔体中结 构转变的试验研究结果仍有较大争议。 要深入了解熔体的结构变化，以及它与基本物理性质 之间的关系，必须通过X射线衍射及计算机模拟等手段，以 获得熔体结构转变的可靠证据。
粘度
定义：根据牛顿内摩擦定律, 剪切力τ=η (ƏV x / Ə y) ,当对不可压缩液体施加 剪切力时, 液体内发生动量传输过程。由于液体的阻力作用, 垂直于剪切力方向 产生速度梯度。产生的这一阻力就是液体的粘滞力。
熔体粘滞性：表征液态金属中原子间力和动量的传递即原子输运性质的重要 物理量, 反映了熔体中原子集团间结合力或相互作用力的大小。 测定方法：毛细管法、振动容器法、旋转容器法、平板摆动法
测量方法：法、座滴法和射线吸收法 影 响 因 素
Archimedean法、密度计法、膨胀法、最大气泡压力法、压力机
温度: 绝大多数金属和合金熔体的密度随温度升高而减小 合金 成分:
一般来说，组成元素的密度越小，液态合金的密度越小;低密度的 组成元素含量越多，液态合金密度越小.
密度与结构的关系
密度作为熔体的基本热力学参数，是熔体结构变化敏感物性参数之一， 和熔体结构之间有着密切的联系。密度(体积)的变化特征能反映系统内 部结构状态的基本变化。
熔体物性的测量是利用某些对液态金属结构敏感的物 理性能来间接反映液态金属的结构变化。因此，通过测量 熔体的物理性质可以间接地研究液态结构，通过研究熔体 的物性可以了解熔体微观结构特征及其与凝固组织和性能 之间的关系。所以对于熔体的物性研究是认识熔体微观结 构的重要手段之一，具有重要的学术价值。
密度
•在1425 ℃以下时却先变为正的温度 系数，在紧靠熔点处再次变为负温度 系数。即在硅的熔点附近,表面张力 也呈现出异常的变化。
表面张力的这种异常变化，不仅对研究硅熔体的内部结构等有很大帮助， 而且有助于研究晶体生长条件，特别是对研究晶体生长时坩埚内熔体对 流情况及固。 液界面处的物质和能量输运过程有指导意义。
密度与结构的关系
Bi 熔体密度-温度关系
Sb 熔体的热膨胀系数-温度关系
改 进 的 阿 基 米 德 法
纯Bi 熔体的密度随温度的升高密度值先升高后下降, 在熔点以上 附近温度出现异常变化. 高出熔点约39℃即温度在310℃左右, 密度 呈现最大值为9.9895 g/cm3 热缩冷胀的反常现象
Bi 熔体在熔点至过热约39℃的温度区内, 上述配位数的变化占主导作用 纯Sb 熔体的密度随温度的升高单调下降。
亚共晶和过共晶Al-Si合金熔体的粘度
两种成分的液态Al-Si合金粘度均存在突变点。
认为两种成分的液态Al-Si合金均存在三种不同的结构区域
永磁场下金属熔体黏滞性的变化
试验结果表明不同磁场强度下，熔体的黏度值均随温度的升高呈指数递减， 基本符合Arrhenius公式，同温度下熔体粘度随着磁场强度增强而增大。
表面张力
定义：促使液体表面收缩的力叫做表面张力，也即物体表面单位 长度上的力。单位：N/m.
化学 成分 影响因素： 温度 熔点
表面活性物质：正吸附作用 表面非活性物质：负吸附作用 随着也体温度的升高，液体金属表面张力下降。
对大多数金属来说：表面张力和温度成线性关系。 熔点越高，表面张力越大。
动力学 测量决定某一过程的特征值来计算表面张力。 方法：
谢谢！
耿浩然.孙春静等.Sb 和Bi 熔体的密度变化.科学通报.52(7):2007,756-758
密度与结构的关系
在升温时，熔点以上温度区间，密度随着温度的升高而增加，在熔点以 上某个温度值出现异常点即最大值；降温时出现同样结果，在大约同一 温度区间出现最大值，异常点后密度随温度变化曲线大致成抛物线趋势。
液态X射线衍射
试验研究 中子散射技术
研究方法
蒙特卡罗(Monte Carlo，简称MC) 计算机模拟 分子动力学 (Molecular Dynamics)，简称MD)
合金熔体的敏感物性
合金熔体的性质：热力学性质、表面性质、传输性质、 相图与相变、以及物理性质。
敏 感 物 性
密度 表面张力
粘度 扩散系数 电导率 磁化率
硅的熔点(约为1415 ℃) 以上15-20 ℃的温区内粘度的异变现象：粘度在此温区 急剧增大。
熔体的粘度与Va 2/ 3 (原子所占体积)成反比。
粘度与微观结构的关系
Cu-23%Sn合金熔体的结构和粘度
发现随着温度由900℃升高到1300℃，熔体结构从中程有序向短程有序演变，粘度在1200℃时 突然下降，粘度出现异常变化的温度与合金熔体结构由中程有序向短程有序转变的温度一致。
定义：一种物质的质量与体积的比值，即单位体积的物质质量。 符号ρ，国际主单位为单位为千克/立方米(kg/m3)。 其数学表达式：ρ=m/V。
密度是熔体性质的最基本参数, 反映了物质致密的程度, 是结构变化敏 感物理性质之一, 从微观上看, 密度反映了平均每个原子所占有的空间 体积。
液态金属的熔点较高，密度测量一般要求在高温下进行，由此引出一系列 技术问题，如金属样品的氧化、挥发、反应等。
对Al-Si 合金熔体进行不同温度的处理, 然后在相同的 冷却条件下凝固, 最终得到的组织及性能存在有差异。
合金熔体结构发生了变化：共晶及过共晶Al-Si 合金熔体中存在Sin 型原子集团。
扩散系数
定义：单位时间内通过单位面积的扩散物质数量，即扩 散通量J正比与浓度梯度dC/dz. J= -DdC/dz D-扩散系数（m2s-1）
温度的影响
随着温度的升高，元素的自扩散系数增加 金属或合金熔化后，空穴大量增加，使扩散速度或数量级增加 成分对元素的互扩散系数的影响用Darken方程表示
D：元素的互扩散系数 xA ：A元素的摩尔分数 DB*：B元素的自扩散系数 xB ：B元素的摩尔分数 DA*: A元素的自扩散系数 γB:B元素的活度系数
Bom和Green： 双体分布函数g(r)和原子间作用势Ф(r)计算液体粘度的公式: 多元合金：拓展公式 简单合金：结果良好
式中，m为原子质量，n是原子数密度，g(r)是双体分布函数，Ф(r)为原子的偶势，k是波尔兹曼常数，T是绝对温度.
Stewart指出：当熔体中原子分布有序度降低时, 其粘度随之降低。 Bernal 指出：具有方向性共价键的液体具有较低的配位数和较高的粘度。