凝固过程的基本原理
凝固过程的基本原理
wS
wL
▪ 在平衡凝固过程中，固相和液相中的溶质质量分数wS与wL是由相图的固相线和
液相线确定的。相图只能确定平衡凝固条件下的溶质分配系数。但在实际情况
下，平衡凝固的情况非常罕见。
▪ 一般将合金的凝固过程分为平衡凝固、近平衡凝固和非平衡凝固过程。对应于 上述凝固过程，k的定义和名称也各不相同，分别称为：平衡溶质分配系数k0, 有效溶质分配系数ke, 非平衡溶质分配系数 (也叫实际溶质分配系数) ka 。
1.相图与凝固---多元合金的凝固过程分析
相图计算的基本原理就 是依据热力学原理，计算
收集评估相图与热力学试验数据
系统的相平衡关系及各种
选择各相的吉布斯自由能模型
热力学数据，并绘制出相 图。热力学计算技术不仅
重新评估实验数据
给模型参数赋初值
能获得多元合金的相图信 息如分凝系数、液相线 (面) 斜率等，同时也能够获得
1.相图与凝固---多元合金的凝固过程分析
▪ 多元合金的溶质再分配分析
同样，对于多元合金，一般是从热力学的基本原理出发，对其溶质再分
配规律作出分析。
在研究多元合金的凝固过程时，仅当发生单相析出时，讨论溶质分配系
数才是有意义的。此时，任一组元i在液相和固相j中的化学位为，
L i
(GL wi
)T,P,WCj
1.相图与凝固---二元合金凝固过程的溶质再分配
▪ 溶质再分配是凝固过程的重要伴随现象，对凝固组织有决定性的影响。正是50~ 60年代以来对凝固过程溶质再分配现象的发现和深入研究，推动了现代凝固理 论的形成和发展。
▪ 描述凝固过程溶质再分配的关键参数是溶质分配系数k，它是凝固过程中固相溶
质质量分数wS与液相溶质质量分数wL之比。可写为，
混凝土凝固过程原理
混凝土凝固过程原理一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域的材料，其性能直接影响着工程结构的稳定性和耐久性。
混凝土在施工过程中必须经历从流动状态到硬化状态的过程，这个过程被称为凝固。
混凝土的凝固过程是一个复杂的化学反应过程，涉及到水泥水化反应、温度变化、水分流动等多个因素，本文将对混凝土凝固过程的原理进行详细的分析。
二、混凝土凝固过程的基本原理1.水泥水化反应水泥是混凝土中的主要胶凝材料，当水泥与水混合时，会发生水泥水化反应。
水泥水化反应是混凝土凝固的基础，其反应化学方程式可以表示为：C3S+H→C-S-H+CH。
其中，C3S表示三钙硅酸盐，H表示水，C-S-H表示水化硅酸钙胶凝体，CH表示游离钙氢氧化物。
这个反应过程是放热的，因此混凝土在凝固过程中会释放出热量。
2.水分流动水分在混凝土中的流动是混凝土凝固过程中重要的因素之一。
水分会随着时间的推移逐渐从混凝土表面向内部渗透，同时水泥水化反应也会不断消耗水分。
在混凝土内部，水分的流动会受到多种因素的影响，包括水泥的类型、水灰比、气孔率、温度等。
3.温度变化混凝土的凝固过程中，温度变化是一个重要因素。
水泥水化反应是放热的，因此混凝土在凝固过程中会产生大量的热量，导致温度升高。
同时，混凝土中的水分也会随着温度变化而发生相应的变化。
温度变化对混凝土的性能有着重要的影响，如温度变化会导致混凝土收缩、开裂等问题。
三、混凝土凝固过程的详细分析1.初凝阶段混凝土刚浇筑时，水泥水化反应刚开始进行，混凝土处于流动状态。
在这个阶段，混凝土的流动性能较强，可以通过振捣等方式来加强混凝土的密实性。
2.凝结阶段随着时间的推移，混凝土逐渐从流动状态转变为凝结状态。
在这个阶段，水泥水化反应逐渐加剧，混凝土内部的胶凝体逐渐形成。
同时，混凝土的温度也逐渐升高，水分的流动也逐渐减缓。
在这个阶段，混凝土的强度逐渐增加，但依然较低，需要注意施工过程中的保护。
3.终凝阶段随着时间的推移，混凝土逐渐从凝结状态转变为终凝状态。
[论述题,2分] 试述血液凝固的基本过程及其原理
![[论述题,2分] 试述血液凝固的基本过程及其原理](https://img.taocdn.com/s3/m/957d4d8f0129bd64783e0912a216147917117e8d.png)
[论述题,2分] 试述血液凝固的基本过程及其原理血液凝固是血液从液态变为固态的一种物理现象，它的发生关乎着人体的正常血液循环，是保护血液和维护血液正常循环的重要机制。
那么，血液凝固的基本过程及其原理是什么呢？血液凝固过程包括三个基本步骤：血小板凝集、凝血因子的活化和凝血酶的活性化。
1、血小板凝集。
当外界因素影响血管壁的组织，使血管壁受损时，血小板便会被活化，由血流中的悬浮状态向血管壁附着，并于血管壁上形成一层薄薄的血小板层，开始凝集。
血小板凝集过程中，血小板之间胞质细胞相互作用，产生一种特殊的凝结素，叫做“凝结素”，该物质可以促进血小板之间胞质细胞的结合，有助于血小板凝集。
2、凝血因子的活化。
在血小板凝集的同时，血液中的凝血因子也会被活化，如凝血酶原、凝血酶、纤维蛋白原、纤维蛋白原酶、血栓素、抗血小板抗体等。
凝血因子的活化主要是通过受到血小板分泌的张力素、凝血素、环磷酰胺等物质的作用而发生的。
凝血因子活化后，可以与血小板凝集形成的凝结素结合起来，形成凝血酶-凝血素复合物，进一步促进血小板凝集的过程。
3、凝血酶的活性化。
凝血酶是血液凝固过程中最重要的物质，它可以将凝血因子活化后形成的凝血酶-凝血素复合物进一步活化，使其变为能够催化血液凝固的凝血酶-凝血因子复合物。
凝血酶的活性化是由血小板分泌的凝血酶原酶活化剂负责的，只有当凝血酶原酶活化剂活化凝血酶原时，才能形成可以催化血液凝固的凝血酶-凝血因子复合物。
血液凝固的原理主要是凝血酶-凝血因子复合物的作用。
当凝血酶-凝血因子复合物活性化后，它可以催化血液凝固的反应，即将血液中的凝血因子（如凝血酶原、凝血酶、纤维蛋白原、纤维蛋白原酶、血栓素、抗血小板抗体等）活化后形成的凝血酶-凝血素复合物，与凝血酶-凝血因子复合物结合，并形成凝血复合物，使血液由液态变为固态，从而完成凝固反应。
血液凝固是一个复杂的过程，它是由血小板凝集、凝血因子活化和凝血酶的活性化三个步骤共同作用完成的，它的原理主要是凝血酶-凝血因子复合物的作用，只有当凝血酶-凝血因子复合物活性化后，它才能催化血液凝固的反应。
机械工程材料的凝固
机械工程材料的凝固概述凝固是指物质由液态向固态转变的过程。
在机械工程中，凝固是材料加工过程中不可或缺的环节。
通过控制材料的凝固过程，可以获得优质的机械工程材料，并影响最终产品的性能和品质。
凝固的基本原理凝固的基本原理是物质在固态结构中的排列有序，原子或分子以某种方式组织起来形成晶体。
在材料加工中，凝固是通过快速冷却或控制冷却速率来实现的。
凝固过程涉及到多个参数，包括温度、压力和化学成分等。
材料凝固的影响因素温度温度是材料凝固过程中最重要的影响因素之一。
在降低温度时，材料分子的热运动减慢，逐渐失去液态特性。
合适的温度控制可以提供理想的凝固速率和晶体结构。
冷却速率冷却速率也是决定材料凝固的关键因素之一。
较快的冷却速率有助于形成细小均匀的晶体结构，从而提高材料的强度和硬度。
慢速冷却可能导致大晶粒和组织不均匀，降低材料的性能。
化学成分化学成分对材料凝固过程和最终结构性质有重要影响。
合适的化学成分可以实现理想的凝固行为，从而获得所需的材料性能。
不合理的化学成分可能导致凝固过程异常或不完全。
压力压力也可以影响材料的凝固过程。
通过施加压力，可以改变材料的凝固温度和凝固速率。
合适的压力控制有助于获得理想的晶体结构和材料性能。
机械工程中常见的材料凝固方式熔融凝固熔融凝固是指将材料加热至熔点并使其液化，然后通过冷却使其重新固化。
在机械工程中，熔融凝固常用于金属和合金的加工过程。
通过控制熔融凝固的温度和冷却速率，可以获得理想的晶体结构和材料性能。
溶液凝固溶液凝固是指将溶解在溶液中的物质通过冷却或其它方法使其沉淀和固化。
在机械工程中，溶液凝固常用于合金和陶瓷材料的制备。
通过控制溶液的温度、浓度和化学成分等因素，可以获得理想的凝固行为和材料性能。
聚合物凝固聚合物凝固是指将单体分子通过热固化或化学反应固化成高分子聚合物的过程。
在机械工程中，聚合物凝固常用于塑料和橡胶等材料的制备。
通过控制聚合物的温度和化学反应条件，可以获得理想的凝固行为和材料性能。
混凝土凝固过程的原理及影响因素
混凝土凝固过程的原理及影响因素混凝土凝固过程是指混凝土从液态到固态的转变过程。
在这个过程中，混凝土中的水和水泥发生化学反应，形成胶凝体，并逐渐失去流动性，最终变为坚固的固体结构。
混凝土的凝固过程涉及多个因素的相互作用，包括水化反应、温度、湿度、外部环境等。
在本文中，我们将深入探讨混凝土凝固过程的原理及其影响因素。
1. 混凝土凝固过程的原理混凝土凝固的原理可分为两个主要方面：水化反应和水的蒸发。
1.1 水化反应混凝土中的水化反应是混凝土凝固的关键过程之一。
水泥在与水发生反应时产生水化产物，其中最重要的产物是水化硅酸钙胶凝体（C-S-H）和钙水化物（CH）。
C-S-H是混凝土中的主要胶结材料，其形成和发展决定了混凝土的强度和持久性。
水化反应是一个放热反应，也就是说，它会产生热量。
这种发热反应会加速混凝土的凝固过程，并对温度有一定的影响。
1.2 水的蒸发混凝土中的水分会随着时间的推移逐渐蒸发，这也是混凝土凝固的一个重要过程。
水的蒸发会导致混凝土中的溶质浓度升高，从而促进水化反应的进行。
但是，如果水分的蒸发速度过快，可能导致混凝土在凝固过程中产生裂缝和收缩问题。
控制混凝土中水分的蒸发速度对于确保混凝土结构的质量和可靠性非常重要。
2. 影响混凝土凝固过程的因素混凝土凝固过程的速度和质量受多种因素的影响，以下是其中几个重要因素的介绍。
2.1 水胶比水胶比是指混凝土中水的重量与胶凝材料（如水泥）的重量之比。
水胶比越低，混凝土的强度和耐久性越好，因为胶凝材料与水的反应相对充分。
然而，水胶比过低可能导致混凝土的流动性不足和与模板脱水困难。
在设计混凝土配合比时需要权衡水胶比的选择。
2.2 温度温度对混凝土凝固过程有着显著影响。
温度低于5℃时，水化反应的速率会明显降低，甚至会停止。
在低温环境下进行施工时，需要采取措施保持混凝土的温度，如使用加热设备或在混凝土中添加加热剂。
另高温环境下的水化反应速率较快，容易引起混凝土过早的凝固和龟裂。
水的凝固和融化过程
水的凝固和融化过程凝固是指物质从液态转变为固态的过程，而融化则是指物质从固态转变为液态的过程。
在这篇文章中，我们将探讨水的凝固和融化过程的原理及其重要性。
1. 凝固过程凝固是由于物质内部的分子间相互作用力增强而发生的。
对于水而言，当温度降低时，水分子之间的热运动减弱，它们开始组成规则的结构，形成冰晶体。
在凝固过程中，水分子排列成一个稳定的晶格结构，使得水从液态转变为固态。
凝固过程具有以下特点：1.1. 温度变化在凝固过程中，水的温度逐渐降低，直至达到凝固点。
对于纯净的水来说，其凝固点为0摄氏度。
值得注意的是，当我们在冬天里看到冰块形成时，实际上是冷空气将水的温度降低到冰点以下，而不是冰块自己产生冷量。
1.2. 结晶形态水的结晶形态与其凝固速度密切相关。
在快速冷却的情况下，水分子没有足够的时间进行有序排列，形成无定形的冰块。
而在缓慢冷却的条件下，水分子有充分的时间按照规则排列，形成透明的冰晶。
1.3. 液体与固体的体积水的凝固过程是伴随着体积变化的。
一般情况下，液态水会在凝固时膨胀。
然而，水在凝固过程中却出现了特殊的现象：当水温降至0摄氏度以下时，其体积会缩小，直到达到冰点时体积最小。
这意味着，当我们在冰柜中冷却一瓶水时，如果不充分留出空间，水会冻结后破裂。
2. 融化过程融化是由于物质内部分子间相互作用力减弱而发生的。
对于固体的水（冰）而言，当温度升高时，冰晶体继续吸收热量，水分子间的相互吸引力逐渐减弱，直到冰晶体内部的结构被破坏，而转变为液态水的过程即为融化。
融化过程具有以下特点：2.1. 温度变化在融化过程中，水的温度逐渐升高，直至达到融点。
对于纯净的冰而言，其融点也是0摄氏度。
2.2. 固体与液体的体积与凝固过程不同的是，融化过程中物质的体积会增大。
当固态的水融化成液态时，其体积会增加约9%。
这使得冰块融化后形成的水会比冰块的体积要大。
因此，当我们将一块冰放入容器中，随着融化，容器可能溢出。
凝固与熔化知识点总结
凝固与熔化知识点总结凝固与熔化的知识点主要包括两方面：凝固与熔化的原理和影响凝固与熔化的因素。
下面将对这两方面的知识点进行详细的总结。
一、凝固与熔化的原理1. 凝固的原理凝固是指物质由液态转变为固态的过程。
当物质处于液态时，分子间的距离较远，分子自由运动，形成无规则的分子排列；当物质受到外界条件的影响，如降温或加压，使得分子间的相互作用增强，使得分子排列开始有序，在一定条件下，形成规则的晶体结构，从而凝固成为固体。
凝固的原理可以通过凝固点和熔点来解释，凝固点是指在一定的温度下，物质由液态转变为固态，而熔点则是指在一定的温度下，物质由固态转变为液态。
不同物质的凝固点和熔点是不同的，这是由于物质的分子结构和相互作用力的不同而产生的。
2. 熔化的原理熔化是指物质由固态转变为液态的过程。
当物质处于固态时，分子间的距离较近，分子只能进行局部振动，形成有序排列的晶体结构；当物质受到外界条件的影响，如升温或减压，使得分子间的相互作用减弱，晶体结构破坏，分子开始自由移动，从而形成液态。
熔化的原理同样可以通过熔点和凝固点来解释，当物质的温度达到熔点时，固体开始熔化成为液体；而当物质的温度降低到熔点以下时，液体开始凝固成为固体。
二、影响凝固与熔化的因素1. 温度温度是影响物质凝固与熔化的最主要因素。
一般情况下，当温度升高时，物质的凝固点会升高，而熔点会降低；相反，当温度降低时，物质的凝固点会降低，而熔点会升高。
2. 压力压力也是影响物质凝固与熔化的因素之一。
在一定的温度下，增加压力会使得物质的凝固点升高，而熔点降低；减小压力则会使得物质的凝固点降低，而熔点升高。
3. 物质的性质物质的性质也会影响其凝固与熔化的过程。
比如，晶体结构的稳定程度、分子间的相互作用力强弱等因素，都会影响物质的凝固点和熔点。
4. 外界条件的影响外界条件，比如溶质的存在、溶剂的性质、晶体生长的速度等，都会影响物质的凝固和熔化过程。
总之，凝固与熔化是物质的两种状态，其原理和影响因素是非常重要的物理化学知识。
凝固过程的基本原理
其平衡的熔点温度越低。
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（2）压力的影响 系统压力改变而引起的液, 固相自由能的变化:
GL VLP SLTp GS VS P SS Tp
△Tp-----因压力改变引起的平衡熔点的变化。
Tp TmV
p
H m
通常金属(VS-VL)=△V＜0,则压力升高,平衡熔点上升.而△V＞0,的金属 Sb,Bi压力升高,平衡熔点降低.通常压力改变时，熔点的变化很小， 10-2℃/大气压，故生产中靠改变压力来提高过冷度细化晶粒是很困难的。 熔体中导入超声波,产生空化作用,空穴破灭时,产生很大压力,使熔点上升 几十度.
5
二、晶体生长的热力学与动力学 （一）晶体生长的热力学 (二）均质形核 （三）非均质形核
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（一）晶体生长的热力学 1. 相变驱动力 2. 压力、曲率对熔点的影响 3. 溶质平衡分配系数
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1. 相变驱动力
系统的自由能随温度的变化关系： 系统的自由焓（G）可表示为：
G=H-TS
H----热焓，S----熵，T----绝对温度
一定的过冷度也会有一定的晶胚尺寸（或晶胚表面曲度）与之对应，比 该曲度大的晶胚（曲率半径小）将熔化消失，而比该曲度小的晶胚（曲
率半径大）将继续长大，此即临界晶核。
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当恒压下金属有多种晶体结构时, 各自在其对应的熔点温度下与液 相平衡Δ无熔点只能由气相形成. 热力学上,只有α相能在平衡温度 下形成而βγ不能.但是在连续冷 却条件下的较低温度下是析出稳 定相α,还是介稳相Β,γ将取决 于体积自有能,界面能和异质形核 的条件. .
即：△G =GL-GS=0， 两相处于平衡状态。
当T＜Tm时，GL＞GS，固相稳定；
当T＞Tm时，GL＜GS，液相稳定； 当温度高于熔点或低于熔点时，
举例说明一种物质的凝固过程。
举例说明一种物质的凝固过程。
举例说明一种物质的凝固过程一、溶液中的物质凝固的基本原理在化学过程中，物质从液体状态转变为固体状态的过程称为凝固。
凝固过程是物质的分子或离子在一定条件下由无序状态向有序状态转变的过程。
溶液中的物质凝固也是基于这一原理进行的。
二、糖溶液的凝固过程糖溶液是我们常见的溶液之一，下面我们以糖溶液的凝固过程为例，来说明物质的凝固过程。
1. 温度对糖溶液凝固的影响温度是影响糖溶液凝固过程的重要因素之一。
一般来说，随着温度的降低，糖溶液的凝固速度会加快。
这是因为在低温下，分子的热运动减慢，使得糖分子之间的相互作用力增强，有利于凝固的进行。
2. 添加剂对糖溶液凝固的影响在糖溶液中添加一些特定的剂量，可以显著地改变糖溶液的凝固性质。
例如，添加一定量的酸性物质，可以促进糖溶液的凝固速度；而如果添加碱性物质，可能会延缓糖溶液的凝固过程。
这是因为剂量的加入改变了糖分子之间的相互作用力，影响了凝固的进行。
3. 溶液浓度对糖溶液凝固的影响溶液中物质的浓度也是决定凝固过程的重要因素之一。
一般来说，溶液浓度较高时，凝固的速度也会相对较快。
这是因为高浓度的糖溶液中糖分子之间的相互作用力相对较强，有利于凝固的进行。
4. 结晶过程对糖溶液凝固的影响在糖溶液中，凝固的过程实际上是糖分子或离子结晶的过程。
结晶是物质从液体状态到固体状态的转变。
在结晶过程中，糖分子或离子在溶液中逐渐重新排列，形成有序的晶体结构。
5. 凝固后的糖晶体的形状与质量糖溶液在凝固后形成的糖晶体具有不同的形状和质量。
这是由糖分子结晶的条件、速度以及结晶过程中的溶剂等因素共同决定的。
一般来说，较慢的结晶速度有利于形成较大的糖晶体，而快速结晶往往会形成小颗粒状的糖晶体。
总结：糖溶液凝固是物质从液体到固体状态转变的一个典型例子。
它受到温度、添加剂、溶液浓度以及结晶过程等多种因素的影响。
通过深入了解这些影响因素，我们可以更好地理解物质凝固的原理和过程。
金属凝固原理
金属凝固原理
金属凝固原理是指金属从液态到固态的过程。
在金属熔化后，通过降低温度或进行其他处理，金属开始逐渐凝固。
凝固过程中，金属内部的原子或分子逐渐重新排列并结晶，形成有序的晶体结构，从而形成固态金属。
金属凝固原理基于凝固行为的研究，涉及到熔化、相变、晶体生长等多个方面。
首先，金属在熔化过程中，吸收热量使得金属内部的原子或分子运动加速，失去了原子之间的排列有序性，形成了液态金属。
当温度进一步降低时，金属开始进入凝固阶段。
在凝固的早期，金属内部出现一些微小的核心，这些核心是由一部分原子或分子聚集形成的。
这些核心吸引周围的原子或分子，从而导致晶体生长。
晶体生长过程中，较小的核心会扩大并联系在一起，形成更大的晶体。
在金属凝固过程中，晶体生长的速度取决于多种因素，包括温度、凝固速率、金属成分等。
高温下，原子或分子的运动速度较快，晶体生长速度较快；而低温下，晶体生长速度较慢。
凝固速率越快，金属内部的原子或分子越来越无序，晶体结构越复杂。
凝固过程中，金属的凝固形式也有多种，常见的有均匀凝固和偏析凝固。
均匀凝固指金属内部晶体结构均匀、成分均匀分布的凝固方式，一般适用于成分均匀的金属。
而偏析凝固则是指金属内部存在组分不均匀的现象，即某些金属元素或杂质在凝
固过程中会向其中心或表面区域富集。
综上所述，金属凝固原理是由金属熔化到固态的过程，涉及到熔化、相变、晶体生长等多个方面。
通过研究金属凝固原理，我们可以更好地理解金属的结构与性能，并可以针对不同的凝固条件来控制金属的制备过程。
混凝土凝固过程的原理及影响因素
混凝土凝固过程的原理及影响因素一、混凝土凝固过程的概述混凝土是一种由水泥、骨料、水和掺合料组成的人造材料，其特点是具有较高的强度、耐久性和耐久性。
在混凝土施工过程中，混凝土凝固是一个非常重要的步骤。
混凝土凝固的过程是指混凝土中水泥与水反应生成硬化物质的过程。
混凝土凝固的速度和质量直接影响着混凝土的强度、密实度和耐久性。
因此，混凝土凝固过程的原理及影响因素是混凝土工程中需要重点研究的内容。
二、混凝土凝固过程的原理混凝土凝固过程的原理是指混凝土中水泥与水反应生成硬化物质的化学过程。
混凝土中的水泥是由熟料和矿物掺合料组成的。
当水泥与水混合后，水泥中的三钙硅酸盐、二钙硅酸盐、三钙铝酸盐和四钙铝酸盐等化合物会与水中的氢氧根离子（OH-）发生反应，生成水化硬化产物。
水化硬化产物是一种胶凝材料，它可以将混凝土中的骨料和水泥胶结在一起，形成一个坚硬、牢固的整体。
混凝土凝固过程可以分为三个阶段：初凝阶段、凝结阶段和硬化阶段。
初凝阶段是指混凝土中的水泥与水反应开始的阶段。
在初凝阶段，水化硬化产物开始形成，混凝土的黏性开始增加。
凝结阶段是指水化硬化产物开始充分形成的阶段。
在凝结阶段，混凝土的黏性和强度都会不断增加。
硬化阶段是指混凝土中的水化硬化产物已经充分形成的阶段。
在硬化阶段，混凝土的强度和密实度都达到了最高点。
三、混凝土凝固过程的影响因素混凝土凝固过程的速度和质量受到多个因素的影响。
下面将从材料、环境和施工等方面分别介绍混凝土凝固过程的影响因素。
1. 水泥的种类和配合比水泥的种类和配合比是影响混凝土凝固过程速度和质量的重要因素。
不同种类的水泥在凝固过程中会产生不同的水化反应，因此会影响混凝土的强度和密实度。
同时，水泥的配合比也可以影响混凝土的凝固时间和强度。
如果水泥的配合比过高或过低，将会影响混凝土的强度和耐久性。
2. 混凝土的骨料混凝土的骨料也是影响混凝土凝固过程速度和质量的重要因素。
不同种类的骨料对混凝土的强度和密实度有不同的影响。
晶体凝固过程
晶体凝固过程晶体凝固是一种物质由液态到固态的转变过程，它是自然界中晶体形成的基础过程。
晶体凝固过程发生在许多不同的领域，如冶金、材料科学、地质学、化学等。
本文将从晶体凝固的原理、过程和应用三个方面来详细介绍晶体凝固的相关内容。
一、晶体凝固的原理晶体凝固的原理可以归结为两个主要因素：热力学驱动力和动力学过程。
热力学驱动力指的是凝固过程中的能量差异，即液态相与固态相之间的自由能差。
当液态相的自由能高于固态相时，晶体凝固就会发生。
动力学过程则是指晶体凝固中的原子或分子在空间上有序排列的过程。
晶体在凝固过程中，原子或分子按照一定的规律有序排列，形成晶体结构。
二、晶体凝固的过程晶体凝固过程可以分为三个阶段：核化、生长和成熟。
1. 核化阶段：在液体中，当达到一定的过饱和度时，原子或分子会聚集形成小的晶核。
晶核的形成是一个热力学过程，需要克服液体的表面张力。
晶核的形成是凝固过程的起点，也是晶体生长的基础。
2. 生长阶段：晶核形成后，它们会在液体中生长。
晶体生长是一个动力学过程，晶体中的原子或分子按照一定的方向和速度有序排列。
晶体生长的速度取决于温度、过饱和度、物质的浓度等因素。
3. 成熟阶段：当晶体生长到一定大小时，晶体就会达到成熟状态。
成熟的晶体具有完整的晶体结构和形态，它们可以继续生长也可以停止生长。
三、晶体凝固的应用晶体凝固在许多领域都有广泛的应用。
1. 冶金领域：晶体凝固技术在冶金中可以用于合金的制备。
通过控制凝固过程中的温度、过饱和度和凝固速度等参数，可以得到具有特定性能的合金材料。
2. 材料科学领域：晶体凝固技术可以用于制备单晶材料，如硅单晶、镁铝合金等。
单晶材料具有优异的物理性能和化学性能，在电子器件、光学器件等领域有重要应用。
3. 地质学领域：晶体凝固是地壳中岩石形成的重要过程。
岩浆在地壳中凝固形成岩石，不同的凝固速度和条件会导致不同的岩石类型。
4. 化学领域：晶体凝固技术可以用于制备纯净的化学物质。
第二章凝固过程基本原理
θ=180º，晶体与杂质完全不润湿， ΔGhe*= ΔGho*，此时非均质形核不起作用
通常情况下θ小于180º θ越小，则ΔGhe*越小，夹杂界面的非均匀 形核的能力越强，形核过冷度ΔT*越小
在大量非均质形核的 过冷度下，均质形核率 Iho≈0。所以在实际金属 和合金中难以发生均质形核
液体中原子集团的统计
平均尺寸r0，随温度的 降低而增大。
r0与r*相交时，相应的 过冷度为ΔT*， 过冷度达到ΔT*后，原子集团平均半径r0已 达到临界尺寸，开始大量形核。
温度进一步降低，r0更大，r*更小，形核 数量也就越多
二、形核率
ΔGA—扩散激活能； ΔG*—形核功 ΔT→0时，ΔG*→∞，形核率I→0 ΔT ↑， ΔG* ↓，I↑ 过冷度达到临界过冷度 ΔT*，形核率迅速提高 计算及实验表明， ΔT*≈0.2Tm 可见，均质形核需要很大的过冷度
粗糙的界面结构，有许多位置可供原子着落， 由液相扩散来的原子很容易被接纳并与晶体 连接起来。 只要原子供应不成问题，可以不断地连续生 长。生长方向垂直于界面
2. 台阶方式生长 在光滑的界面，单个原子与晶面的结合较 弱，容易跑走，只有依靠在界面上出现台 阶，然后从液相扩散来的原子沉积在台阶 边缘，依靠台阶向侧面生长。 又称侧面生长
图中1、2、3曲线表示不同的位错台阶密 度下的速度差别
曲线1，位错台阶很密，生长速度接近于 连续生长方式
§5 凝固过程中的溶质再分配
合金凝固时，溶质在液、固相重新分布，即 所谓溶质再分配。 溶质再分配不仅影响宏观及微观成分分布及 偏析，还影响晶体生长形态，微观尺寸等。 前面已定义溶质平衡分配系数K0
水泥凝固原理
水泥凝固原理
水泥凝固原理是指水泥与水发生化学反应，形成水泥石的过程。
水泥在水中快速水化反应，产生大量的热量和水泥石。
水泥石与空气中的二氧化碳发生反应，产生碳酸钙，从而使水泥石逐渐硬化和凝固。
水泥凝固原理的过程主要包括以下几个方面：
1. 水泥与水的反应：水泥与水混合后，水和水泥中的硅酸、铝酸等物质发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等物质，同时放出大量的热量。
2. 水泥石的形成：反应产生的水化物质在水中逐渐聚集形成水泥石，水泥石不断增大，最终形成坚硬的结晶体。
3. 硬化与凝固：水泥石表面的碳酸钙与空气中的二氧化碳反应，形成碳酸盐，水泥石逐渐硬化和凝固。
总之，水泥凝固原理是水泥与水发生化学反应，形成水泥石并逐渐硬化和凝固的过程。
这一过程对于水泥制品的质量和使用寿命具有重要影响。
- 1 -。
第三章 凝固过程的基本原理
➢ 当T＜Tm时，GL＞GS，固相稳定；
➢ 当T＞Tm时，GL＜GS，液相稳定； 当温度高于熔点或低于熔点时，
△T
△G即为相变的驱动力，
❖ 过冷度
在Tm以下温度时：一克分子物质由液相转变为固相自由能(焓)的变化为：
△GV = GS-GL=(HS-TSS)-(HL-TSL) = ( HS - HL)-T(SS-SL) = △H-T△S △H、△S均为固、液两相的克分子焓和克分子熵的差额，温度的函数，
➢ 凝固过程重要的伴生现象，影响凝固组织
➢ 描述溶质再分配的关键参数：
k ws
溶质分配系数 ：
wL
平衡条件下，ws 、 wL由固相线和液相线确定。然而，实 际条件下，平衡是很难的，故引入近平衡凝固、非平衡
凝固分配系数。因此，溶质分配系数有三个层次：
➢ 平衡溶质分配系数k0、 ➢ 有效溶质分配系数ke、 ➢ 非平衡溶质分配因数ka 。 ❖ 凝固过程溶质分配的平衡条件指：凝固界面上溶质迁移的平衡及固相
多元系的凝固（可 用二元系的凝固特 征分析）
因此，对凝固过程基本原理的研究通常以二元系为对象。 在实验和计算的基础上建立了大量的二元相图，为凝固 分析奠定了基础
2
所有二元相图都是由共晶、偏晶、包晶及固溶体四种基本相 图所构成的
单相合金凝固是最典型的， 除共晶点和偏晶点外，其它成分 合金在开始凝固时仅有一个相析 出。
GL VLP SLTp GS VS P SS Tp
△Tp-----因压力改变引起的平衡熔点的变化。
Tp TmV
p
H m
通常金属(VS-VL)=△V＜0,则压力升高,平衡熔点上升.而△V＞0,的金属 Sb,Bi压力升高,平衡熔点降低.通常压力改变时，熔点的变化很小， 10-2℃/大气压，故生产中靠改变压力来提高过冷度细化晶粒是很困难的。 熔体中导入超声波,产生空化作用,空穴破灭时,产生很大压力,使熔点上升 几十度.
混凝土凝固过程原理
混凝土凝固过程原理混凝土是一种常见的建筑材料，广泛应用于桥梁、高楼大厦、地下工程等建筑领域。
混凝土的一大特点是凝固硬化后具有很强的强度和坚固性。
那么，混凝土凝固过程的原理是什么呢？混凝土的主要成分是水泥、砂子、石子和水等。
在混凝土的制作过程中，水泥和水混合后发生水化反应，产生钙硅酸盐胶凝材料。
当混凝土中的水泥与水发生反应后，形成的胶凝材料就开始逐渐硬化，变得更加坚固。
混凝土的凝固过程中，胶凝材料的硬化是最重要的过程。
胶凝材料的硬化过程可以分为三个阶段：快速凝固阶段、中等凝固阶段和缓慢凝固阶段。
在快速凝固阶段，混凝土的表面开始逐渐变硬，但内部的混凝土材料还是流动状态。
此时，混凝土的温度和水灰比对胶凝材料的凝固速度影响较大，通常这个阶段要在30分钟到3小时内完成。
中等凝固阶段是混凝土的凝固时间最长的阶段，通常需要持续几个小时到几天。
在这个阶段，混凝土的表面已经完全硬化，内部的混凝土材料开始逐渐变得更加坚固。
此时，胶凝材料的水化反应会继续进行，并且氢氧化物会开始从胶凝材料中析出。
缓慢凝固阶段是混凝土的硬化过程中的最后一个阶段，通常需要几个月才能完成。
在这个阶段，混凝土内部的混凝土材料已经完全固化，并且变得非常坚固。
此时，胶凝材料的结晶过程逐渐结束。
总之，混凝土的凝固过程是一个复杂的物理和化学过程。
胶凝材料的水化反应是决定混凝土硬化速度和强度的关键因素。
混凝土的制作过程中，需要合理控制混凝土的成分、水泥的品种、配合比、施工工艺等因素，可以有效提高混凝土的强度和坚固性。
晶体凝固过程
晶体凝固过程晶体凝固是物质从液态到固态的转变过程，也是自然界中常见的现象之一。
从我们日常生活中可以观察到的冰冻水变成冰块，到金属加工中铸造出的铁锭，都是晶体凝固的例子。
本文将从晶体凝固的基本原理、凝固方式和凝固过程中的影响因素等方面进行探讨。
晶体凝固的基本原理是物质分子在冷却过程中逐渐失去热能并排列有序，形成具有周期性结构的晶体。
在液态的物质中，分子之间的相互作用较弱，可以自由运动。
而当温度下降时，分子的热运动减弱，分子之间的相互作用逐渐增强，最终达到一种平衡状态，形成有序的晶体结构。
晶体凝固的方式有两种：均匀凝固和非均匀凝固。
均匀凝固是指整个液体体系同时凝固，在凝固过程中晶体的生长速度相对均匀。
而非均匀凝固则是指液体体系在局部区域先行凝固，形成初生晶核，然后晶体的生长从这些初生晶核开始扩展。
非均匀凝固常见于铸造、合金制备等工艺中。
晶体凝固过程中的影响因素有很多，其中温度是最重要的因素之一。
温度的升高可以加快晶体凝固过程，而温度的降低则会使晶体凝固速度变慢。
此外，溶液中的浓度和成分也会对晶体凝固过程产生影响。
浓度的增加会使晶体生长速度加快，而溶液中的杂质则会抑制晶体的生长。
晶体凝固过程的速度还受到晶体生长界面的形态和形态变化的影响。
晶体生长界面的形态决定了晶体的外形和晶体的生长速度。
例如，面心立方结构的晶体生长界面是六角形的，而体心立方结构的晶体生长界面则呈现出立方形。
晶体生长界面的形态变化会导致晶体生长速度的改变。
晶体凝固过程除了在材料科学中有着广泛应用外，还在生物学、地质学等领域中有重要作用。
例如，在生物学中，晶体凝固是生物体中骨骼和牙齿等硬组织形成的基础。
在地质学中，晶体凝固是岩石形成的过程之一，不同的岩石类型由不同的晶体凝固方式形成。
晶体凝固是物质从液态到固态的转变过程，涉及到物质分子的有序排列和晶体生长等过程。
它是自然界中常见的现象，对于材料科学、生物学和地质学等领域都具有重要意义。
通过研究晶体凝固过程的原理、方式和影响因素，可以更好地理解物质的结构和性质，为相关领域的发展提供科学依据。
钢液凝固的基本原理概述
钢液凝固的基本原理概述钢液凝固是指从熔融状态向固态过渡的过程。
钢液凝固的过程对于钢的组织和性能具有重要影响，因此对于钢液凝固的基本原理的了解是非常重要的。
本文将对钢液凝固的基本原理进行概述。
1. 钢液凝固的类型钢液凝固通常被分为两种类型：平衡凝固和非平衡凝固。
1.1 平衡凝固平衡凝固是指在熔点以下的恒温条件下进行的凝固过程。
平衡凝固过程中，凝固温度保持不变，凝固界面保持稳定。
在平衡凝固过程中，凝固界面的位置和形态基本稳定，凝固过程受到热传导的主导。
在平衡凝固中，凝固的主要类型有等温凝固、过冷凝固和过冷遇到亚稳态。
1.2 非平衡凝固非平衡凝固是指在非恒温条件下进行的凝固过程。
非平衡凝固过程中，凝固界面及其形态随时间变化，凝固温度不保持恒定。
在非平衡凝固中，凝固过程受到热传导以外的其他因素的影响，如流动、传质等。
非平衡凝固通常是在实际工业生产中出现的凝固方式。
2. 钢液凝固的基本原理钢液凝固的基本原理可以通过热力学和动力学两个方面来解释。
2.1 热力学原理热力学原理指的是凝固过程中的能量变化关系和热力学原则。
钢液凝固过程中，有两个能量变化，即凝固过程中产生的凝固潜热和热导引起的凝固界面上的温度降低。
凝固过程中的能量变化与凝固速度、凝固形貌等有关。
热力学原理的研究可以揭示凝固过程中的能量平衡和相平衡关系。
2.2 动力学原理动力学原理指的是凝固过程中的物质传递和相界面演变规律。
钢液凝固过程中，凝固界面的变化与局部温度梯度、传质速率、温度分布等因素有关。
动力学原理的研究可以揭示凝固过程中的微观动态行为，如初生晶核生成、晶核生长和晶体排列等。
3. 钢液凝固的影响因素钢液凝固过程受到多种因素的影响，以下是几个常见的影响因素：3.1 温度温度是决定钢液凝固过程的重要因素。
钢液的凝固温度取决于钢的成分、合金元素和工艺。
温度对凝固速度、晶体生长速率和凝固结构形貌等都有一定的影响。
3.2 成分钢的成分是影响钢液凝固的重要因素之一。
混凝土凝固过程原理
混凝土凝固过程原理介绍混凝土是一种常见的建筑材料，其凝固过程对于保证建筑结构的强度和耐久性至关重要。
本文将深入探讨混凝土凝固的原理，从水泥水化反应到成型和固化过程，详细解释每个阶段的影响因素和作用。
水泥的水化反应在混凝土中，水泥起着胶凝剂的作用。
水泥的主要成分是硅酸盐胶凝材料，与水发生水化反应后形成胶体和晶体，使混凝土材料具有黏结力和硬化性。
水化反应的化学过程1.水化初期：当水和水泥接触时，发生快速的表面反应，水化产物开始形成。
2.凝结期：水化反应扩散到整个水泥颗粒，生成硬化物质，形成胶凝体系。
3.强化期：水化反应继续进行，结构中形成更多的凝胶物质，提高混凝土的强度。
水化反应的影响因素1.水胶比：水胶比越小，混凝土强度越高。
2.水泥种类：不同种类的水泥对混凝土的水化反应速度和强度发展有不同影响。
3.混合材料：添加混合材料可以改善混凝土的性能，但对水化反应速率和效果也有影响。
混凝土的成型和固化混凝土在凝固过程中经历了成型和固化两个阶段。
成型是指将混凝土浆料倒入模具或浇筑到特定位置形成所需的几何形状。
而固化是指混凝土在成型后逐渐干燥和硬化过程。
成型混凝土的成型通常采用木模、金属模或聚合物模具。
混凝土浆料在倒入模具后，通过振动和压实来排除空气泡和提高密实度。
成型后需要进行养护，以控制水分损失和防止表面龟裂。
固化混凝土的固化过程是水分逐渐从混凝土中蒸发，使其表面和内部逐渐变得坚实和耐久。
固化时间取决于温度、湿度和混凝土配合比等因素。
在固化过程中，混凝土会逐渐增强，达到设计强度。
影响混凝土凝固过程的因素混凝土的凝固过程受到多个因素的影响，包括材料的配合比、水胶比、水泥种类、温度和湿度等。
配合比合理的配合比可以确保混凝土具有所需的强度和耐久性。
配合比涵盖了水泥、水、骨料、添加剂等成分的比例和用量。
水胶比水胶比是指水的质量与胶凝材料（水泥和混合材料）质量之比。
水胶比直接影响混凝土的强度、耐久性和可加工性。
温度和湿度温度和湿度对混凝土凝固过程有重要影响。
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当恒压下金属有多种晶体结构时, 各自在其对应的熔点温度下与液 相平衡Δ无熔点只能由气相形成. 热力学上,只有α相能在平衡温度 下形成而βγ不能.但是在连续冷 却条件下的较低温度下是析出稳 定相α,还是介稳相Β,γ将取决 于体积自有能,界面能和异质形核 的条件. .
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2. 压力、曲率对熔点的影响
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二、晶体生长的热力学与动力学 （一）晶体生长的热力学 (二）均质形核 （三）非均质形核
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（一）晶体生长的热力学 1. 相变驱动力 2. 压力、曲率对熔点的影响 3. 溶质平衡分配系数
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1. 相变驱动力
系统的自由能随温度的变化关系： 系统的自由焓（G）可表示为： G=H-TS H----热焓，S----熵，T----绝对温度 自由焓 G也称等压位，而对应的为自由能F，也称等容位， F = u- TS，又：G = H-TS = u + PV- TS， 当pV很小时，G =u –TS=F，故有时粗略地将自由焓称为自由能 由G= u+PV-TS 可得：dG = du-TdS -SdT+ PdV + VdP du =δ q -δ A q：系统从外界吸收的热量，A： 系统对外界所做的功。 恒温下：δ q = TdS，而只有膨胀功时，δ A = PdV 故 du=TdS-PdV 则有： dG=-TdS +VdP dG S 在恒压条件下dp=0，故：dG=-SdT ，即：
1 1 GS VS r r 2 1 S S Tr
设k为平均界面曲率： 固液两相平衡时：
1 1 1 k 2 r 1 r2
GS 2VS k S S Tr
Tr 2VS k 2TmVS k S m H m
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2. 多元合金的凝固
多元合金的凝固过程复杂得多，并且仅三元系有较成熟的相图可以 借鉴。 三元相的三个边由二元相图 构成，成分位于液相面特殊 点，如多相反应点上的合金 在平衡凝固过程中将会发生 两个以上的相同时析出的过 程，且凝固在恒温下进行。 成分位于线上的合金也将发 生多相凝固，但析出固相和 液相的成分是变化的。
一. 相图与凝固 1. 二元合金的凝固
工程合金通常是多组元的。
凝固中各组元的形态：单质、固溶体、化合物析出。
单组元，纯物质。 （相当于二元系在 溶质质量分数趋于 零的情况）
二元合金系是研 究凝固过程基本 原理的基础。
多元系的凝固（可 用二元系的凝固特 征分析）
因此，对凝固过程基本原理的研究通常以二元系为对象。 在实验和计算的基础上建立了大量的二元相图，为凝固 分析奠定了基础
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所有二元相图都是由共晶、偏晶、包晶及固溶体四种基本相 图所构成的
单相合金凝固是最典型的， 除共晶点和偏晶点外，其它成分 合金在开始凝固时仅有一个相析 出。 最常见的多相合金凝固是共晶凝 固：L→α+β
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偏晶凝固：
与共晶凝固相似，析出相之一为 液相：L1→α+L2
包晶凝固：
LP + β → α
（1）固相界面曲率的影响 固相曲率可引入固相的压力，此压力使固相的自由能升高，而使系统的 熔点降低。固-液两相的自由能的变化为：
GL VL P S L Tr S L Tr
p 0
GS VS p S S Tr
---Tr 因固相曲率而造成的温差，△P-----由于曲率而造成的固相附加压力
GS GL ，
当曲率k为正时，△Tr为正，此时平衡熔点下降，且曲率半径越小， 其平衡的熔点温度越低。
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（2）压力的影响 系统压力改变而引起的液, 固相自由能的变化:
GL VL P SL Tp
Tp p
GS VS P SS Tp
Tm V H m
△Tp-----因压力改变引起的平衡熔点的变化。
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3. Байду номын сангаас元合金凝固过程的溶再分配
（1）溶再分配的概念 （2）平衡溶质分配系数k0 （3）有效溶质分配系数
一个小晶胚的固-液平衡温度要低于大晶胚的平衡温度，凝固过程总是从 小晶胚开始的，因此凝固过程总是在过冷的液相中发生，即有 一定的过冷度。 一定的过冷度也会有一定的晶胚尺寸（或晶胚表面曲度）与之对应，比 该曲度大的晶胚（曲率半径小）将熔化消失，而比该曲度小的晶胚（曲 率半径大）将继续长大，此即临界晶核。
GV
Tm
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过冷度 是影响相变驱动力的决定性因素。 r 为什么相变要过冷度？ S S-L平衡时，原子双向跳动的速度相等，方向相反； 晶胚越小，表面曲度越大，稳定度越小： △P=2σ/r 一定温度下，r越小，熔化速度越快，而凝固速度越慢； r一定时，温度越低，S-L自由能差越大，熔化速度越小，而凝固速度越 大； 因此，凝固速度与熔化速度相等的温度随晶胚尺寸的减小而降低。
dT
表明：在通常的压力一定条件下，温度升高时，自由能是下降的。
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相变的驱动力 △G 在熔点Tm时： 液相自由能=固相自由能， 即：△G =GL-GS=0， 两相处于平衡状态。 当T＜Tm时，GL＞GS，固相稳定； 当T＞Tm时，GL＜GS，液相稳定； △T 当温度高于熔点或低于熔点时， △G即为相变的驱动力， 过冷度 在Tm以下温度时：一克分子物质由液相转变为固相自由能(焓)的变化为： △GV = GS-GL=(HS-TSS)-(HL-TSL) = ( HS - HL)-T(SS-SL) = △H-T△S △H、△S均为固、液两相的克分子焓和克分子熵的差额，温度的函数， △H≈结晶潜热（△Hm），△S ≈熔融熵（△Sm） 在Tm温度时， -△Hm+Tm△Sm=0, 即：△Sm=△Hm/Tm 因此： H m T △T---即为过冷度。
通常金属(VS-VL)=△V＜0,则压力升高,平衡熔点上升.而△V＞0,的金属 Sb,Bi压力升高,平衡熔点降低.通常压力改变时，熔点的变化很小， 10-2℃/大气压，故生产中靠改变压力来提高过冷度细化晶粒是很困难的。 熔体中导入超声波,产生空化作用,空穴破灭时,产生很大压力,使熔点上升 几十度.