液态金属的结构 - 360文档中心

液态金属存在的机理分析研究

液态金属存在的机理分析研究液态金属是指在大气压和常温下，由于温度升高而又不上升至其熔点的状态。

其最原始的发现是在20世纪60年代，而其应用范围非常广泛，包括电子封装、冷却材料等。

那么液态金属存在的机理是什么呢？一、液态金属的结构液态金属的结构与其他液体不同，其原子之间没有规则排列的晶体结构，而是成群的原子集聚在一起。

这种离子液体形态在实验和数值模拟的研究中得到了证实。

此外，液态金属的原子之间是以一定的顺序排列的，比如相邻的原子的距离和角度是固定的，而且这些原子也有着类似团簇的结构。

二、液态金属的物理特性液态金属相比其他液体有更高的热导率和导电率，而且其粘度一般较低。

另外，液态金属有非常好的流动性，可以被制成各种形状，被加工成碗状、管状、线状等等。

事实上，液态金属也有一些类似于金属玻璃的形态，比如遭受外力时具备类似于脆性的特性，但这种特性与其组成原子的顺序和团簇结构有关。

三、液态金属存在的机理分析液态金属存在的机理与其物理特性密不可分。

事实上，液态金属存在的机理便是由其原子排列和团簇结构所决定的。

液态金属的原子之间有着一定顺序的排列，而且这种排列是以团簇的形式出现的。

团簇的结构与液态金属的性质密切相关。

团簇的尺寸和顺序对于液态金属的物理特性产生了非常重要的影响。

团簇的结构会影响原子之间的相互作用，进而影响液态金属的物理特性。

例如，如果团簇的尺寸很小，那么这些原子之间的相互作用会非常强，这就会影响金属的粘度和流动性。

此外，团簇的顺序也会影响金属的力学特性，比如耐透过行、耐疲劳等。

总的来说，液态金属存在的机理与其原子之间的团簇结构密不可分。

团簇结构会影响原子之间的相互作用，而这些相互作用会进一步影响液态金属的物理特性。

了解这一机理可以帮助我们更好地理解液态金属的特性，也为我们设计更加高效的液态金属材料提供了参考。

液态金属的结构特点

液态金属的结构特点
1.无规则排列：液态金属的原子排列无规则，这是因为金属离子在高温下具有较高的热能，能够自由移动和碰撞。

2. 高密度：相对于同样质量的固体金属，液态金属的密度更高，这是因为在液态状态下，金属原子之间的间隔更小。

3. 高流动性：液态金属具有很高的流动性，可以很容易地在容
器中流动。

这种特点使得液态金属在工业生产中具有很高的应用价值。

4. 高导电性和热传导性：液态金属具有很高的导电性和热传导性，这是因为金属原子之间的电子云比较活跃，可以快速传递电子和热能。

5. 可以形成球形：液态金属在重力作用下可以形成球形，这是
因为表面张力使得金属表面减小，而内部压力又使得金属向外膨胀，从而形成球形。

总之，液态金属的结构特点和固态金属有很大不同，其高流动性、高密度、高导电性和热传导性等特点，使得液态金属在工业生产中具有重要的应用价值。

- 1 -。

1-材料成形理论基础

材料成形工艺基础1第一章材料成形理论基础液态成形--铸造固态成形--锻造固态连接--焊接21第一节液态成形基础1、液态金属的结构液态金属在结构上更象固态而不是汽态，原子之间仍然具有很高的结合能。

液态金属的结构特征液态金属内存在近程有序的原子集团。

这种原子集团是不稳定的，瞬时出现又瞬时消失。

所以，液态金属结构具有如下特点： l）液态金属是由游动的原子团构成。

2）液态金属中的原子热运动强烈，原子所具有的能量各不相同，且瞬息万变，这种原子间能量的不均匀性，称为能量起伏。

3）由于液态原子处于能量起伏之中，原子团是时聚时散，时大时小，此起彼伏的，称为结构起伏。

3第一节液态成形基础1、液态金属的性质液态金属是有粘性的流体。

粘度的物理本质是原子间作相对运动时产生的阻力。

表面张力：在液体表面内产生的平行于液体表面、且各向均等的张力421.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶或凝固。

当液态金属冷却至熔点以下，经过一定时间的孕育，就会涌现一批小晶核，随后这些晶核按原子规则排列的各自取向长大，与此同时又有另一批小晶核生成和长大，直至液体全部耗尽为止。

51.2铸件的凝固组织合金从液态转变成固态的过程，称为一次结晶或凝固。

一次结晶从物理化学观点出发，研究液态金属的生核Formation of stable nuclei 、长大Growth of crystals、结晶组织的形成规律。

凝固从传热学观点出发，研究铸件和铸型的传热过程、铸件断面上凝固区域的变化规律、凝固方式与铸件质量的关系、凝固缺陷形成机制等。

631.2铸件的凝固组织凝固组织分宏观和微观。

宏观组织：铸态晶粒的形态、大小、取向、分布微观组织：晶粒内部的亚结构的形状/大小/相对分布/缺陷等晶粒越细小均匀，金属材料的强度和硬度越高，塑性和韧性越好。

71.3铸件的凝固方式和控制铸件的工艺原则铸件的凝固方式逐层凝固方式(skin-forming solidification) 糊状凝固方式(mushy solidification) 中间凝固方式(middle solidification)。

液态金属的结构与性质

液态金属的结构与性质液态金属是一种特殊的物质，其结构与性质具有独特的特点。

本文将对液态金属的结构与性质进行详细介绍。

首先，液态金属的结构与固态金属有一些相似之处，但也有一些不同之处。

固态金属由由排列紧密的原子晶格构成，而液态金属的原子结构则更加随意和无规则。

液态金属中的原子没有固定的位置，它们以无序方式排列，形成一个非晶态结构，没有明确的晶体面，没有长程有序。

液态金属的性质也有一些独特之处。

首先是液态金属的流动性。

由于其无规则的原子结构，液态金属的原子之间没有明确的位置限制，因此可以自由流动。

这使得液态金属可以被容器中的任何形状所包裹，也使得液态金属可以通过一些制作工艺来制成各种形状的物体。

其次，液态金属具有较高的密度。

液态金属由金属原子组成，金属原子通常比较重。

由于原子之间没有明确的位置限制，因此液态金属可以更紧密地排列，使得其密度相对较高。

液态金属还具有良好的导电性和导热性。

金属中的电子随着原子之间的距离较远，形成自由电子，这些自由电子可以在金属中自由移动，从而实现电流的传导。

液态金属中的自由电子同样可以在液态金属中自由移动，因此液态金属具有良好的导电性。

与此类似，液态金属中的原子之间的距离较近，原子之间的振动更为频繁，从而使得热量在液态金属中得以快速传播，使其具有良好的导热性。

此外，液态金属还具有较高的表面张力。

液态金属原子之间的相互作用力较强，特别是在液体表面，原子受到周围原子的吸引力较大，形成一个表面膜。

由于这个表面膜的存在，液态金属的表面张力较高，使得液态金属在任何其他物体表面上都能形成一个相对稳定的液体球形，这也是为什么液态金属滴在表面上会呈现出球形的原因。

液态金属还具有一些特殊的性质和应用。

首先是其较低的熔点。

与晶体金属相比，液态金属由于无序结构的特殊性质，使得其熔点相对较低。

这使得液态金属在一些特殊工艺中得以应用，例如3D打印中的金属打印。

另外，液态金属还具有极好的流动性和可塑性。

液态金属的结构和性质

表示在r和r+dr之间的球壳中原子数的多少。
稍高于熔点时液态碱金属（Li、Na、K、Rb、Cs）的径向分布函数（RDF）
配位数N1：表示参考原子周围最近邻（即第一壳层）的原子数。
配位数 N1 的求法：RDF第一峰之下的积分面积；
rm
N1 4 0g(r)r 2dr
r0
N1与r1一起，被认为是液体最重要的结构参数，因为它们描绘了液体的原子排布情况。
一.液态金属的黏度及其影响因素 1.液体黏度的定义及意义 2.黏度的影响因素
1.液体黏度的定义及意义
黏度系数---简称黏度(动力黏度η )，是根据牛顿提出的数学关系式来定义的：
dvx
o
dy
τ —平行于X方向作用于液体表面
Z
δ
τ
X
V1
V2 V3
V 4
（X-Z面）的外加剪切应力，
V5
......
通常，表面活性元素使液体黏度降低，非表面活性元素使黏度提高。
（3）非金属夹杂物液态合金中呈固态的非金属夹杂物使液态金属
的黏度增加，如钢中的硫化锰、氧化铝、氧化硅等。这是因为夹杂物的存在使液态金属成为不均匀的多相体系，液相流动时内摩擦力增加，夹杂物越多，对黏度影响越大。但有些熔点低的杂质在液态金属中呈熔融状态，反而会使该液态金属的黏度降低。
量不稳定、结构尺寸不固定。特点（与固态相比）：原子间距较大、原子
配位数较小、原子排列较混乱。
1200 ℃
1400 ℃
1550 ℃
1700 ℃
不同温度下液态金属原子的状态
1.2 液态金属的性质
1.2.1 液态金属的黏度 1.2.2 液态金属的表面张力

第1章液态金属的结构和性质

什么是液态金属
液态中原子分布随机。原子间的交互作用能决定了原子/ 团的排列无序。固体中原子分布规律，长程有序。

1.1金属的加热膨胀和熔化
1.1.1 膨胀的原因：（1）原子振动加剧振幅增大（2）“空穴”的产生
1.1.2 膨胀的结果（1）原子振幅增大；（2）活化原子数增多；（3）缺陷增多

3. 溶质使表面张力降低 — 表面活性物质，即 dσ/dc<0，具有正吸附作用；使表面张力升高 —非活性物质；即 PA=2σ/r dσ/dc>0,具有负吸附作用； PA=P-P0 什么是正负吸附？ σ↓ ----PA↓ ，即外界压力↓，液体内部溶质趋于向表面迁移，造成Cface>Cinner，此为正吸附。
工艺过程比较复杂，一些工艺过程还难以控制液态成形零件内部组织的均匀性、致密性一般较差
液态成型缺点
液态成形零件易出现缩孔、缩松、气孔、砂眼、夹渣、夹砂、裂纹等缺陷，产品质量不够稳定由于铸件内部晶粒粗大，组织不均匀，且常伴有缺陷，其力学性能比同类材料的塑性成形低

二、液态金属的结构判定 2.1 间接法 --通过比较固液态和固气态转变的物理性质的变化判断。
（1）体积和熵值的变化（2）熔化潜热和汽化潜热
2.2 直接法 — X射线或中子线分析研究液态金属的原子排列。
液态金属中原子的排列在几个原子的间距范围内，与其固态的排列方式基本一致，即近程有序。但由于原子间距的增大和空穴的增多，原子的配位数略有变化，热运动增强。
Fe-C合金中，C%增大，黏度降低（亚共晶）；难熔化合物的粘度高；Al2O3，MnS，SiO2 共晶成分合金粘度低于非共晶合金。

液态金属的结构与性质

影响精炼效果及夹杂或气孔的形成
金属液各种精炼工艺，希望尽可能彻底地脱去金属液中的非金属夹杂物和气体，无论是铸件型腔中还是焊接熔池中的金属液，残留的夹杂物和气泡都应该在金属完全凝固前排除出去，否则易形成夹杂或气孔，破坏金属的连续性
粘度大会抑制金属液在型腔内的对流，间接效果：降低晶粒细化效果；减轻区域偏析
④对液态金属净化的影响
※斯托克斯公式：Ｖ＝２g(ρ液-ρ杂)r２/9η
仅当ρ杂≤ρ液，夹杂才能上浮，η越大，夹杂及气泡越难以排除
粘度对成形质量的影响
• 影响铸件轮廓的清晰程度； • 影响热裂、缩孔、缩松的形成倾向； • 影响精炼效果及夹杂或气孔的形成： • 对焊缝的质量的影响。
粘度对铸件轮廓的清晰程度的影响
意义：N1 与 r1 均描绘了液体的原子排布情况
二、由物质熔化过程认识液体结构
表表 1-1 金属熔化时典型的体积变化Vm/VS 明
Crystal Structure
Tm
Vm / Vs
Sm
液
Matter
Type
(K)
(%)
(J.K-1.mol-1)
Na
bcc
370
2.6
7.03
体
Sc
bcc
302
四、液态金属的结构特征
“能量起伏” —原子间能量不均匀性 • “结构起伏”—液体中大量不停“游动”着的
局域有序原子团簇时聚时散、此起彼伏 • “浓度起伏” ——同种元素及不同元素之间
的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异。
S S
表面能及表面张力从不同角度描述同一表面现象。虽然表面张力与表面自由能是不同的物理概念，但其大小完全相同，单位也可以互换。

液态金属的结构和性质

新型液态金属材料的研究
通过合理设计晶体结构，可以实现液态金属的形状记忆作用，这对于制造细小弹簧等的微系统件具有重要意义。
液态金属技术在逐渐增长的产业中的应用
例如液态金属的能量变形和动力学表征，液态金属的应用在未来的产业发展中具有广泛的前景和意义。
液态金属的发展历程
液态金属的最早实验可以追溯到18世纪，但真正形成规模化研究还是在20世纪60年代，随着液态金属的广泛应用，液态金属的领域将会得到更多的拓展。
2 长时间电解时的热效应
液态金属电解很容易因长时间操作而产生过量的热量影响工业生产。
3 难于处理的反应性个体
液态金属中有许多化学反应难以控制，因为它们处于非常活跃的电子状态。
未来液态金属的研究方向
性能改善
在液态安全使用液态金属的过程中，新的活性液态金属材料也总是受到人们的期待。
结论与展望
总结本次液态金属的结构和性质的讲座中，可以看出在我们日常生活和大规模的工业生产中液态金属都扮演着不可或缺的角色。同时，液态金属在新材料、新技术方面也一直处于人们的瞩目之下。
制备新型催化剂
以细金属液滴为基础的催化剂可以提高催化活性，促进各种有机卤化物和芳香烃化合物的亲电取代反应。
高速传输液态金属技术的应用
液态金属电控阀和液态金属离子引擎等技术可用于表面动力学研究和科学远洋。
液态金属的挑战
1 液态金属化学的不稳定性
液态金属化学中发现了一些稳定性不高的元素，在长时间电化学反应下会转化为其他物质。
合金化对液态金属性质的影响
生成
通过将不同金属原子的化合物混合形成合金，可以改善液态金属的某些物理特性，例如延展性和软化。
调节
在不同的合金化组合中，可以通过调节原子间距和比例来调节液态金属的性质。

6液态金属的结构与性质讲解

6液态金属的结构与性质讲解液态金属是指在一定温度范围内处于液态的金属物质。

与固态金属相比，液态金属具有一些独特的结构和性质。

本文将为您详细介绍液态金属的结构和性质。

液态金属的结构：液态金属的结构与晶体固态金属的结构有很大的不同。

晶体金属中金属离子排列有序，呈现出长程有序的结构，而液态金属中金属离子呈现无序排列。

这是因为在液态金属中，金属离子没有固定的位置，而是随机运动，呈现出短程有序的结构。

液态金属的结构可以用连续性函数理论描述，即假设金属离子周围的电子云呈代表性连续函数的分布。

这种结构在液态金属中使得金属离子具有较高的流动性和可塑性。

液态金属的性质：1.密度较大：液态金属的密度一般比固态金属的密度大，这是由于金属在液态状态下金属离子之间没有固定的排列方式，所以更加紧密地堆积在一起。

2.熔点低：相比固态金属，液态金属的熔点要低得多。

这是因为在固态金属中，金属离子呈现有序排列，需要克服更大的排斥力才能实现相互组合成具有晶体结构的固体。

而在液态金属中，金属离子无序排列，排斥力较小，因此熔点较低。

3.导电性好：液态金属具有良好的导电性。

这是因为金属中的电子能够在金属离子间自由运动，并且在液态金属中，金属离子之间的距离较小，电子的运动受到较小的阻碍，所以电子能够更容易地在液态金属中传导电流。

4.热稳定性差：液态金属在高温下容易氧化，因为金属离子在液态金属中处于无序排列状态，容易与外界的氧气分子发生反应，导致金属氧化并丧失其原有性质。

因此，液态金属在高温下需要采取相应的防护措施，以防止其被氧化。

5.可塑性好：液态金属具有较好的可塑性。

这是因为在液态金属中金属离子的无序运动使其具有较高的流动性和可塑性，能够容易地适应外界的形变和应力。

6.高的热传导性：液态金属具有较高的热传导性，金属离子之间的无序排列有利于热能的传导，所以液态金属能够迅速地吸收和释放热能。

总结：液态金属具有独特的结构和性质。

液态金属的结构呈现短程有序，金属离子之间具有较高的流动性。

液态金属的结构与性质

的液态金属；凝固是金属由液态向固态转变的结晶过
程，它决定着金属材料的微观组织特征。
►►液相成型
1.金属中的原子结合
R→∞，F ＝ 0
R ＞ R0 ，F＜0（引力） → 靠拢
R ＜ R0 ，F＞0（斥力） → 分开
R ＝ R0 ，F＝0
→ 平衡
图1-1
2.金属的加热膨胀
（图1-2、1-3）
升温
➢热运动热振动加剧，E转化为势能达新的平衡
➢ 2）粘度在材料成形中的意义
①对液态金属净化的影响（即除去夹杂和气泡）
可以看出UδT：：τ，：k0：B相无影热：原邻外响力Bo子原力粘学lz在子m时度温a平平原的度nn衡衡子因常位位之素数置置间有的的的：振平结动均合周距能期离或（原对子液扩态散金势属垒约为10－13 s）
a.结合能U. 粘度随结合能U呈指数关系增加。
b.原子液间体距的δ原. 子粘之度间随结原合子力间越距大增，大则而内减摩小擦。阻力越大，粘度就越高
晶体。单晶体：在晶体中所有原子排列位向相同者多晶体：大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶
粒）组成，属于多晶体。在固体中原子被束缚在晶格结点上，其振动频率约为
1013 次/s。
液态金属？
液态金属中的原子和固态时一样，均不能自由运动，围绕着平衡结点位置进行振动但振动的能量和频率要比固态原子高几百万倍。
比热容，与固态相比虽然稍大一些，但具有相同的数量级。
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表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热
表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热
3.实际金属的液态结构
液态金属内存在近程有序的原子集团。所以，液态金属结构具有如下特点：
l）液态金属是由游动的原子团构成。 2）能量起伏。 3）结构起伏。 4）浓度起伏（或成分伏）。

液态金属的结构与性质(共71张PPT)

固体无异——近程有序。
因此，关于液体，有两种说法：
〔1〕本质上是密集的气体；
〔2〕高度有缺陷的晶体。
4、固液在外力下，外观的变化
液体：外力——改变形状——流动〔如重力下—水由高
处流向低处〕；
固体：剪应力——弹性变形；外力去除—变形消失。
即：固体不能流动。
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5、其它方面
当它与所选原子相距较远的距离时，原子排列进入无序状态。
说明：液态金属中的原子在几个原子间距的近程范围内，与其固态时的有序排列相近，只不过由于原子间距的增大和空穴的增多，原子配位数稍有变化。
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3、液体的流动特性——像气体；
但体积特性、热特性——像固体——局部原子排列与
液体的界面张力、潜热等性质
凝固过程的形核及晶体的生长
液体的结构信息
凝固的微观机制
液体的原子扩散系数、界面张力、传热系数、结晶潜热、粘度等性质成分偏析、固-液界面类型及晶体生长方式
热力学性质及在液相中的扩散速度
炼钢、铸造合金及焊接熔池的精炼
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5、相变
相变化过程：液体蒸发、气体凝结、多晶转变。一定条件下相之间的转变过程。即：相变过程。
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〔3〕对凝固过程中液态合金对流的影响
液态金属在冷却和凝固过程中，由于存在温度差和浓度差而产生浮力，它是液态合金对流的驱动力。当浮力大于或等于粘滞力时那么产生对流，其对流强度由无量纲的格拉晓夫准那么度量，即
※产生对流的条件：温差和浓度差→浮力>粘滞力
※对流强度--格拉晓夫准那么数：

第二章液态金属的结构与性质

第二章液态金属的结构与性质液态金属是具有固态金属的特性，但在一定条件下能够保持液态状态的金属。

液态金属具有独特的电子结构和物理性质，拥有广泛的应用前景。

本章将介绍液态金属的结构和性质。

一、液态金属的结构1.无序结构液态金属的原子排列通常是无序的，没有明显的周期性结构，原子之间的排列相对松散。

液态金属的无序结构使其具有高度流动性，可以自由流动而不会形成固定的晶体结构。

2.短程有序结构尽管液态金属的原子排列是无序的，但是存在一定程度的短程有序结构。

这种短程有序结构表现为原子的局部秩序，通常以团簇形式存在。

这些团簇可以是球形、链状或层状等不同形式。

液态金属的短程有序结构对于其物理性质至关重要。

二、液态金属的性质1.高温熔点大多数液态金属具有较高的熔点，通常远高于室温。

这是由于金属原子间的金属键较强，需要高能量才能破坏金属结构从而转变为液态。

2.高导电性和高热导率液态金属具有优良的导电性和热导率，这是由于金属分子中的自由电子可以在不同的位置自由移动。

液态金属可以在电场作用下产生电流，同时能够迅速传递热量。

3.高黏度和流动性由于液态金属的无序结构，原子之间具有较高的黏度，因此液态金属的粘度通常高于液态非金属物质。

与固态金属相比，液态金属具有更强的流动性，可以适应各种形状的容器。

4.特殊电化学性质液态金属具有独特的电化学性质，可以用作电池电解质、催化剂和导电液体等。

具有液态态度的金属在电池的充放电过程中能够快速地在阳极和阴极之间传输离子。

三、液态金属的应用1.熔盐反应器液态金属可以作为熔盐反应器的媒体，用于高温反应、核聚变研究等。

液态金属的高熔点和优良的导热性能使其成为理想的热传导介质。

2.金属注射成型液态金属可以通过注射成型技术制备具有复杂形状的金属制品。

液态金属被注入到模具中，迅速冷却成型，获得高精度的金属制品。

3.金属蒸气压裂液态金属可以通过蒸气压裂技术将固态材料分解成微米或纳米颗粒。

这种技术被广泛应用于材料制备和纳米材料的研究领域。

第一章液态金属的结构和性质

第一章液态金属的结构和性质液态金属是一种特殊的物质状态，在一定温度范围内具有液态的流动性，同时又具有金属的特性。

它的结构和性质在科学研究和工业应用中具有重要意义。

本文将从液态金属的结构和性质两个方面进行详细讨论。

液态金属的结构是相对复杂的。

在室温以下，金属一般为固态，其原子间有规则的排列方式。

而当温度升高超过金属的熔点时，金属开始熔化并转变为液态。

一般来说，液态金属的原子结构呈现较高的无序性，原子间的距离近似相等。

在液态金属中，原子之间通常存在一定的空隙，这使得金属呈现一种流动性，可流动性是液态金属的显著特征之一、此外，由于液态金属的无序性，其结构中也可能存在一些凝结核心，例如小的团簇或者局部有序结构。

液态金属的结构和性质的研究表明，液态金属结构的演变与固态金属之间存在一定的关联性，在固态金属中形成的晶体缺陷或者凝聚核心在液态金属中可能会得到进一步的发展或者形成新的相态。

液态金属的性质一方面受金属原子特性的影响，另一方面受到液体状态的因素的影响。

由于金属原子之间的金属键较为强大，在液态金属中，金属具有良好的导电性和导热性。

液态金属中的离子与自由电子相互作用，使电子在金属内部自由传导，并且电流可以在金属中流动。

这种导电性使得液态金属在电子设备、导线等领域具有广泛的应用。

同时，由于金属原子的性质，液态金属具有良好的可塑性和可变形性，可以在一定温度范围内通过加热和冷却来调节液态金属的形状和结构。

这种可塑性使得液态金属在制备复杂金属结构，例如凸轮、导柱等方面有广泛的应用。

此外，液态金属还具有较低的粘度和表面张力，使得液态金属具有较好的流动性。

液态金属在受到外力作用下可迅速流动和扩散，这对于一些需要快速制备金属材料或者形状复杂的金属产品非常有价值。

比如，液态金属可以用于制备3D打印的金属材料，通过快速冷却可以制造出复杂形状的金属产品。

此外，液态金属还具有很好的耐高温性能和化学惰性，可用于制备高温工艺设备和化学容器。

2.金属的凝固

K exp( G K ) exp( G A ) N V kT kT
形核率受两个相互矛盾的因素控制： ① Cn受控于形核功因子，正比于 exp(ΔG*/kT), 故随着过冷度增大而增大； Gk：形核功 k:玻尔兹曼常数 ② dn/dt受控于原子扩散因子，正比于exp(ΔGA/kT),故随过冷度的增大而减少。 ΔG 扩散激活能
形成，瞬时消失。 r> rk时，随晶胚长大，系统自由能降低，凝固过程自动进行。 r= rk时，可能长大，也可能熔化，两种趋势都是使自由能降低的过程，将rk的晶胚称为临界晶核，只有那些略大于临界半径的晶核，才能作为稳定晶核而长大，所以金属凝固时，晶核必须要求等于或大于临界晶核。
极值点处
• •
d ( G ) 4r 2 GV 8r 0 dr
1) 结构气态：原子随机分布固态：原子规则、有序分布液态：短程有序长程无序 2)性质
液态金属原子间距比固态稍大
液态金属配位数比固态小，非密排金属比固态大，如Bi、 Ga，凝固时体积膨胀。液态金属原子排列的规则性降低。
二、金属凝固时的过冷现象和凝固过程
结晶过程的分析方法------热分析
1、金属熔液凝固时的过冷现象过冷：金属的实际开始凝固温度Tn总是低于理论凝固度Tm的现象. 温
4 3 2 3 cos cos3 （7） 2 G' ( r GV 4r L )( ) 3 4
• 按处理均匀形核同样的方法可求出非均匀形核的临界半径和形核功 r* 2 G * G * 2 3 cos cos
GV
非均
4
不均匀形核时，临界球冠的曲率半径与均匀形核时球形晶核的半径是相等的。 0 ΔG*不均匀=0