液态金属的结构与性质资料

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H2O 的压力－温度相图
金属的凝固： 凝固：金属由液态转变为固态的过程。（宏观） 结晶：从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶 体状态的过程。 （微观）
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金属从固态熔化为液态时的状态变化
固态原子在平衡位置振动 加热
振动频率加快，振幅增大 超过原子激活能
所以，液态金属结构类似于固态金属。
（2）由固态变液态，熵的增值相对于熔点前的熵值并不 算大。（熵代表系统结构紊乱性变化）。
即：在熔点附近：液固结构相差不大。
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2、直接研究方法：通过液态金属X射线衍射分析来直 接研究金属的液态结构。
横坐标为观测点至某
一任意选定的原子（参 考中心）的距离，对于 三维空间，它相当于以 所选原子为球心的一系 列球体的半径。
表面张力等； 热力学性质：蒸汽压、热膨胀与凝固收缩等。
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金属液体粘度较大， 而水的粘度非常小。
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4、液体的结构和性质与材料成形的关系
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
达到新的平衡位置，晶格常数变化 加热
原子离开平衡位置处的点阵，形成空穴 离位原子达到某一数值
原子脱离晶粒的表面，晶粒失去固有的形状和尺寸 加热
温度不会升高，晶粒进一步瓦解为小的原子集团和游离原子
金属由固态转变为液态
体积膨胀约3% — 5% ，电阻、粘度发生变化
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2.2 液态金属的结构
纵坐标表示当半径增 加 dr 长度时，球壳内原 子个数的变化值，其中 （r）称为密度函数。
3 2
1
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对于实际液体的原子分布曲线，
其第一峰值与固态时的衍射线（第一
条垂线）极为接近，其配位数与固态 时相当。
第二峰值虽仍较明显，但与固
态时的峰值偏离增大，而且随着r的 3
增大，峰值与固态时的偏离也越来越 大。
百个原子的集团）有规律——近程有序； 3、原子集团处于瞬息万变状态——能量起伏； 4、原子集团之间存在“空穴”，共有电子运动发生变
化；（电子难飞跃“空穴”，电阻率升高） 5、原子集团尺寸、速度与温度有关。（温度升——尺
寸降、速度大）
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1200 ℃ 1550 ℃
液——溶质扩散系数约10-5cm2/sec 数量级； 固——溶质扩散系数约10-8cm2/sec 数量级。 差1000倍。 （3）晶态 固——晶体、非晶体 液——非晶体
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二、理想纯金属的液态结构特点
1、原子间保持较强的结合能； 2、原子排列小距离内（仅在原子集团内——几十到几
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
气体
升华 凝华
凝结 蒸发
固体
熔化 凝固
液体
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。
相平衡：多相系统中，当每一相物体生成速度与消失速度 相等时。即宏观上相间无物质转变移动，便是平衡状态。
第二章 液态金属的结构与性质
材料成型与控制专业
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2.1 材料的固液转变
1、液体的分类 ·原子液体（如液态金属、液化惰性气体） ·分子液体（如极性与非极性分子液体） ·离子液体（如各种简单的及复杂的熔盐）
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2、 液体的表观特征
具有流动性 （液体最显著的性质）； 可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状 （类似于
一、液态结构与固态结构间的异同 1、间接研究方法：研究金属熔化、汽化时的物理现象间
接研究液态结构。从液态金属的热物理性质看，液态 结构更像固态结构。
一些金属在熔化和汽化时的热物性质变化
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（1）金属的汽化潜热远大于熔化潜热，以铝为例： 汽化潜热/熔化潜热=27.8。
气态金属——原子间结合键几乎全部破坏。 液态金属——原子间结合键仅部分被破坏。
1400 ℃ 1700 ℃
不同温度下液态金属结构示意图
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三、实际金属的液态结构特点
1、存在大量杂质原子 （1）杂质是多种多样的，非一种； （2）杂质分布不均匀； 浓度起伏：游动原子集团之间存在成
分不均匀性；
结合力不同：结合力强的易聚；
能量起伏：各微观区域的能量不同， 有的微区能量高，有的微区能量低。
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。
2
表明：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
1
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 固体无异——近程有序。
气体，不同于固体）； 不能够象固体那样承受剪切应力，表明液体的原子或分
子之间的结合力没有固体中强 （类似于气体，不同于固 体）； 具有自由表面 （类似于固体，不同于气体）； 液体可压缩性很低 （类似于固体，不同于气体）。
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3、液体的基本性质
物理性质：密度、粘度、电导率、热导率和扩散系数等； 物理化学性质：等压热容、等容热容、熔化和气化潜热、
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（3）杂质存在方式不同：溶质、化合物。
A、B结合力较强——形成新的化学键—— 临时不稳定化合物；（低温化合，高温分解）
A、B结合力非常强——形成强而稳定的化 合物——新相；
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 （1）熔化时，体积膨胀3%-5%左右； （2）扩散系数：