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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 凝固,凝固：物质从液态到固态的转变过程。,结晶：凝固后的物质为晶体的过程。,凝固后是否形成晶体，主要由液态物质的黏度和冷却速度决定。,1,第一节 金属结晶的根本规律,一 金属结晶的微观现象,金属的结晶是形核与长大的过程，而且两者交错重叠进行。结晶终止获得多晶粒的组织，其中一个晶粒是由一颗晶核形成的。,金属结晶根本过程,2,二 金属结晶的宏观现象,1 冷却曲线与金属结晶温度,在冷却过程中每隔一定时间记录一次温度，最后将实验结果绘制成温度-时间曲线，这条曲线称为冷却曲线，这种测定冷却曲线的方法称为热分析法。,热分析法测量冷却曲线,3,纯金属的冷却曲线,理论温度Tm即金属的熔点，温度Tn 称为金属的实际开始结晶温度。,4,2 过冷supercooling,(1)过冷：液态材料在理论结晶温度以下仍保持液态的现象。,(2)过冷度：液体材料的理论结晶温度(Tm) 与其实际温度之差。 T=Tm-T,金属愈纯，过冷度愈大；冷却速度愈快，过冷度也愈大。,过冷是金属的必要条件。,5,由一次导数大小确定。,二曲线相交于一点，即材料的熔点。,8,2 热力学条件,热力学条件： Gv=LmT/Tm,T0, Gv0时, Gk非Gk, 杂质促进形核； c.=180时，Gk非Gk， 杂质不起作用。,22,4 影响非均匀形核的因素,a 过冷度:(N-T曲线有一下降过程。,非均匀形核的形核功小于均匀形核的形核功，需要的能量起伏比均匀形核小得多,其凝固所需要的过冷度远低于均匀形核时所需的过冷度。,23,b 外来物质外表结构,越小越有利。点阵匹配原理：结构相似， 点阵常数相近。,c 外来物质外表形貌：外表下凹有利。,24,d 物理因素的影响,液相宏观流动会增加形核率；施加强电场或强磁场也能增加形核率晶核的,机械增殖,。,25,第四节 晶核的长大,晶体长大：液体原子迁移晶体外表，液-固界面向液体中推移的过程,26,一、 晶核长大的条件,1 动态过冷,动态过冷度：晶核长大所需的界面过冷度。是材料凝固的必要条件,液-固界面要继续向液体中移动，就必须在液-固界面前沿液体中有一定的过冷，这种过冷度称为动态过冷度TK。,27,2 足够的温度,3 适宜的晶核外表结构,二、 液固界面微结构与晶体长大机制,1 粗糙界面,微观粗糙、宏观平整金属或合金材料的界面：垂直长大。,2 光滑界面微观光滑、宏观粗糙无机化合物或亚金属材料的界面：横向长大：二维晶核长大、依靠缺陷长大。,28,29,3 液固界面微结构与晶体长大机制,粗糙界面微观粗糙、宏观平整金属或合金从来可的界面：垂直长大。,30,光滑界面微观光滑、宏观粗糙无机化合物或亚金属材料的界面：横向长大：二维晶核长大、依靠缺陷长大。,台阶生长机制,31,依靠晶体缺陷的长大,32,晶体长大速率与过冷度,33,4 液体中温度梯度与晶体的长大形态,1正温度梯度液体中距液固界面越远，温度越高,粗糙界面：平面状。,光滑界面：台阶状小平面状。,34,35,2负温度梯度液体中距液固界面越远，温度越低,粗糙界面：树枝状。,光滑界面：树枝状多面体台阶状。,36,37,38,第五节 高分子材料的结晶,特点：结晶不完全性、不完善性、结晶速度慢,一 与低分子结晶的相似性,1 结晶速度和晶粒尺寸受过冷度的影响,随过冷度增加，形核率增加，晶粒减小。,39,2 结晶过程：形核与长大,均匀形核：高分子链靠热 运动组成有序排列形成晶核。,非均匀形核：以剩余结晶高分子、分散颗粒、容器壁为中心形核。,3 非均匀形核所需过冷度小。,40,二 与低分子结晶的差异性,结晶的不完全性。一般50%，最高约95%。,1 链的对称性。对称性越高，越容易结晶。,2 链的规整性。规那么的构型，有利于结晶，有利于共聚结晶。,3 链的柔顺性。柔顺性越好，结晶能力越强。,4 共聚效应。,41,第六节 凝固理论的应用,一、材料铸态晶粒度的控制,Zv=0.9(N/G),3/4,1 提高过冷度。降低浇铸温度，提高散热导热能力，适用于小件。,2 化学变质处理。促进异质形核，阻碍长大。,3 振动和搅拌。输入能量提高形核率；破碎枝晶增加核心。,42,单晶体的制备方法,二、 单晶体的制备,1根本原理：保证一个晶核形成并长大。,2制备方法：尖端形核法和垂直提拉法。,43,44,三 定向凝固技术,1 原理：单一方向散热获得柱状晶。,2 制备方法。,45,四、 急冷凝固技术,1 非晶金属与合金,2 微晶合金。,3 准晶合金。,46,
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