金属结晶现象和条件

金属结晶的现象

一、晶体结晶过程的宏观现象（过冷度和结晶潜热）。

1)过冷度（ΔT=T m-T n）

2)过冷度和金属的属性和冷却速度有关。

3)金属不同，过冷度不同；金属的纯度越高，过冷度越大；冷却

速度越快，过冷度越大。

4)相变潜热1摩尔物资从一个相转变为另一个相时，伴随着吸

收或放出的热量。金属由固态变为液态，需要吸热；由液态

变为固态需要放热。前者称为融化潜热，后者称为结晶潜热。

二、从微观上说，金属的结晶过程就是形核和长大的过程。

1)当金属液体冷却到实际结晶温度时，晶核并未立即出生，而是

经过一段时间才出现第一批晶核。结晶开始前的这段停留时间

称为孕育期。

2)晶核由晶胚形成。

3)由一个晶核长成的晶体就是一个晶粒。

4)一个晶粒内存在很多晶胞，并且晶胞位向一致。

5)因此单晶体表现出各向异性。

6)由两个以上晶粒组成的晶体称为多晶体。

7)一般的金属都是多晶体。并且由无数个晶粒组成。

8)各晶粒位向各异，相互抵消。

9)所以一般金属不表现出各向异性。

金属结晶的热力学条件

1、热力学第二定律:在等温等压条件下，物质系统总是自发的从自

由能较高的状态向自由能较低的状态转变。

2、自由能之差是促进金属相变的热力学条件，即相变驱动力。

3、

4、由上图可知：过冷度越大，自由能之差越大，且液相和固相自

由能之差与过冷度成正比。在过冷度等于0时，自由能之差也为0。

5、过冷度越大，自由能之差越大，相变驱动力越大，结晶速度越

快。

金属结晶的结构条件

1、液态金属的一个重要特点就是相起伏。只有在过冷液中相起伏

才能形成晶胚。但不是所有晶胚都可以转化成晶核。下节将讨论晶胚转化成晶核的条件。

2、

晶核的形成

1、在过冷液中形成晶核的方式有两种：均匀形核和非均匀形核。

2、实际金属的结晶主要是按非均匀形核方式进行的。

3、在过冷液中并不是所有晶胚都可以形成晶核。只有那些尺寸等

于大于某一临界尺寸的晶胚才能稳定的存在，并自发长大。

4、过冷度越大，临界尺寸越小。

5、从第三节2中可知：过冷度越大，最大相起伏尺寸越大。

6、结合4、5可知：过冷度越大，出现超过临界尺寸的晶胚越多，

越容易形核。

7、第二节第5：过冷度越大，自由能之差越大，结晶越快。

8、纯金属结晶时均匀形核的过冷度T≈0.2T m（T m用热力学温度表

示）。此值非常大。非均匀形核的过冷度大大降低，一般不超过

20℃。

9、形核功是过冷液形核的主要障碍。

10、过冷度越大，临界形核功降低，使结晶过程易于进行。

11、无论形核还是长大，都必须伴随着液态原子向晶核的扩散迁移。

过冷度越大，迁移越不容易。

12、

13、形核率随过冷度的增大先增加后下降。

14、非均匀形核比均匀形核容易，需要的过冷度也低。

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