液态金属的结构与性质(PPT课件)

• 平均原子间距 r1：
对液体（或非晶固体），对应于g(r)第一峰 的位置
r = r1 表示参考原子至其周围第一配位层各 原子的平均原子间距
• 径向分布函数 — RDF ：
(radical distribution function） RDF = 4πr 2ρo g(r)
表示在 r 和 r + dr 之间的球壳中原子数的多少。
于
N2
-
63.1
7.5
2.7
固
Ar
-
83.78
14.4
3.36
体
CH4
-
90.67
8.7
2.47
表1-2 几种晶体物质的熔化潜热（Hm）和气化潜热(Hb)
Element
(Hb /
Tm (0C)
Hm (kcal/mol)
Tb (0C)
Hb (kcal/mol)
Al
660
2.50 2480 69.6
dV X
dy
2. 物理意义： 反映液体内摩擦的大小
Z
o
τ
X
δ
V 1
V2
V3
V4
V5
......
外力作用于液体表面各原子层速度 Y
• 运动粘度为动力粘度除以密度，即：
/
• 运动粘度ν——ຫໍສະໝຸດ Baidu适用于较大外力作用下的水力学流 动，此时由于外力的作用，液体密度对流动的影响 可以忽略。
• 动力粘度η—— 在外力作用非常小的情况下适用， 如夹杂的上浮过程和凝固过程中的补缩等均与动力
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 。
2.6
6.95
原
Fe
bcc/fcc
1809
3.6
7.61
子
Al
fcc
931
6.9
11.6
间
Ag
fcc
1234
3.51
9.16
Cu
fcc
1356
3.96
9.71
距
Mg
hcp
924
2.95
9.71
接
Zn
hcp
692
4.08
10.7
近
Sn
complex
505
2.4
13.8
Ga
complex
303
-2.9
18.5
稍高于熔点时液态碱金属（Li、 Na、 K、Rb、 Cs）的径向分布函数 ( RDF )
RDF= 4πr2ρog(r), atoms /Å
RDF 第一峰之下的积分 面积即所谓配位数 N1
（
r, Å
配位数N1：参考原子周围最近邻（即第一壳层）的原子数
rm
N1
4g(r)r2dr 0
r0
求法：RDF第一峰之下的积分面积；
Au 1063 3.06 2950 81.8
Cu 1083 3.11 2575 72.8
Fe 1536 3.63 3070 81.3
Zn
420
1.73
907
27.5
Cd
321
1.53
765
23.8
Mg 650
2.08 1103 32.0
Hb / Hm
27.8 26.7 23.4 22.4 16.0 15.6 15.4
气体、液体、固体的结构特点
气态结构
液态结构
固态结构
液固体态：结构长：程平无移序、( 不对具称备性平移特、征对（称长性程) 有序）
气态结构近：程完有全序无( “序游为荡特”着征的局域有序的原子集团，
液体结构表现出局域范围的有序性)
一、气体、液体、固体的衍射特征
液态金属的衍射结构参数
• 偶分布函数 g(r) • 平均原子间距 r1 • 径向分布函数 • 配位数 N1
粘度系数η有关。
2.粘度的影响因素
粘度数学模型
2k3T0e
xp kU BT
粘度η随原子间结合能U按指数关系增加
液K体b的—原—子B之o间lz结ma合n力n常越大数，；则内摩擦阻力越大， 粘U度也—就—越无高外； 力作用时原子之间的结合能 τ粘0 度—随—原液原子态子间金在距属平δ约衡增为大位1而置0-降的13秒低振）（动成周反期比（）对 实δ际—金属—液液的体原各子间原距子δ层也非之定间值的，间温距度升高，
表明熔化时只有部分原子键被破坏
三、 液态金属结构的理论模型（自学部分）
（一） 无规密堆硬球模型 （二） 液态金属结构的晶体缺陷模型 （三） 液体结构及粒子间相互作用的理论描述
（一）无规密堆结构中五种多面体间隙
四面体
八面体 四方十二面体
三角棱柱多面体
阿基米德反棱柱多面体
（二）、液体的缺陷模型
• 微晶模型： 液态金属有很多微小晶体和面缺陷组 成，在微晶体中金属原子或离子组成完整的晶体点 阵，这些微晶体之间以界面相连接
第一章 液态金属的结构与性质
§1.1 液态金属的结构 §1.2 液态合金的性质 §1.3 液态金属的充型能力
§1.1 液态金属的结构
一 、 液体与固体、气体结构比较及衍射特征 二 、 由物质熔化过程认识液体结构 三 、 液态金属结构的理论模型 四 、 实际金属的液态结构
一、气体、液体、固体的衍射特征
• 偶分布函数 g(r)
物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的 几率，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r = 0）距离为 r 位置的原子数密度 ρ(r) 对于平均数密 度ρo（=N/V）的相对偏差
ρ(r) = ρo g (r)
• 气体、液体、非晶及晶态固体的结构特点及衍射特征
气体 液体 晶体
空穴模型： 金属晶体熔化时，在晶体网格中形成大 量的空位，从而使液态金属的微观结构失去了长程有 序性。大量空位的存在使液态金属易于发生切变，从 而具有流动性。随着液态金属温度的提高，空位的数 量也不断增加，表现为液态金属的粘度减小
位错模型： 液态金属可以看成是一种被位错芯严重破 坏的点阵结构。在特定的温度以上，在低温条件下不 含位错的固体点阵结构由于高密度位错的突然出现而 变成液体。
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
§1.2 液态金属的性质
概述
当液态金属在外力作用下流动时，由于分子间存 在内聚力，因此使液体内部产生内摩擦力，以阻 碍液层间的相对滑动。液体的这种性质成为粘滞 性，用黏度表征 液态金属的黏度对反应速度、气体和杂质的排出、流 动性等有重要影响，因此黏度关系到铸件的成形质量
一、液态金属的粘度
1. 定义 粘度系数