金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-9

第二章純金屬的結(jié)晶凝固結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。結(jié)晶是指從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過(guò)程。第二章純金屬的結(jié)晶凝固結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬由1第二章純金屬的結(jié)晶凝固結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬熔點(diǎn)通常把金屬?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w晶態(tài)的過(guò)程稱為一次結(jié)晶。而把金屬?gòu)囊环N固體晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固體晶態(tài)的過(guò)程稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。第二章純金屬的結(jié)晶凝固結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬熔2第二章純金屬的結(jié)晶§2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件§2.4晶核的形成§2.5晶核的長(zhǎng)大第二章純金屬的結(jié)晶§2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象§2.2金屬結(jié)3§2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象冷卻曲線結(jié)晶潛熱結(jié)晶溫度§2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象冷卻曲線結(jié)晶潛熱結(jié)晶溫度4結(jié)晶過(guò)程宏觀現(xiàn)象過(guò)冷結(jié)晶潛熱結(jié)晶過(guò)程宏觀現(xiàn)象過(guò)冷結(jié)晶潛熱5金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-96金屬結(jié)晶微觀過(guò)程形核長(zhǎng)大形成多晶體兩個(gè)過(guò)程重疊交織金屬結(jié)晶微觀過(guò)程形核長(zhǎng)大形成多晶體兩個(gè)過(guò)程重疊交織7§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件8熵的物理含義：系統(tǒng)中原子排列混亂程度。恒壓熵的物理含義：系統(tǒng)中原子排列混亂程度。恒壓9§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件10§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件11§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件兩相自由能差潛熱結(jié)晶溫度過(guò)冷度§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件兩相自由能差潛熱結(jié)晶溫度過(guò)冷度12§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件13§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件14§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件15§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件能量起伏相起伏晶胚晶核§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件能量起伏相起伏晶胚晶核16§2.4晶核的形成均勻形核非均勻形核是指完全依靠液態(tài)金屬中的晶胚形核的過(guò)程，液相中各區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率都是相同的?！?.4晶核的形成均勻形核非均勻形核是指完全依靠液態(tài)金屬中的17是指晶胚依附于液態(tài)金屬中的固態(tài)雜質(zhì)表面形核的過(guò)程?！?.4晶核的形成均勻形核非均勻形核是指晶胚依附于液態(tài)金屬中的固態(tài)雜質(zhì)表面形核的過(guò)程?！?.4晶18金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-919形核率是指單位時(shí)間內(nèi)單位體積液體中形成晶核的數(shù)量。用N＝N1*N2表示。形核功影響原子擴(kuò)散能力急冷非晶態(tài)材料形核率是指單位時(shí)間內(nèi)單位體積液體中形成晶核的數(shù)量。用N＝N120§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成21§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成22§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成23金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-924非均勻形核非均勻形核25非均勻形核非均勻形核26§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成27§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成28金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-929固態(tài)基面結(jié)構(gòu)的影響固態(tài)基面結(jié)構(gòu)的影響30金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-9314過(guò)熱度5攪拌和振動(dòng)4過(guò)熱度32非均勻形核率所需過(guò)冷度較小點(diǎn)陣匹配原理固相表面原子排列與新相點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相似時(shí)，既能有效促進(jìn)新相的非均勻形核。振動(dòng)、攪拌、超聲波非均勻形核率所需過(guò)冷度較小點(diǎn)陣匹配原理固相表面原子排列與新相33§2.5晶核的長(zhǎng)大晶體長(zhǎng)大條件液相中原子不斷向晶體擴(kuò)散提供原子（有足夠高的溫度）2.晶體表面能不斷而牢固地接納原子（固液界面結(jié)構(gòu)、溫度分布、散熱方向等）。§2.5晶核的長(zhǎng)大晶體長(zhǎng)大條件液相中原子不斷向晶體擴(kuò)散提供原34§2.5晶核的長(zhǎng)大液固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面粗糙界面從原子尺度觀察，這種界面是光滑平整的。通常為密排晶面§2.5晶核的長(zhǎng)大液固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面粗糙界面從原子尺35§2.5晶核的長(zhǎng)大液固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面粗糙界面從原子尺度觀察，這種界面是粗糙的，又稱為非小平面界面§2.5晶核的長(zhǎng)大液固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面粗糙界面從原子尺36X為液固界面上的原子位置被固相原子占據(jù)的比率X為液固界面上的原子位置被固相原子占據(jù)的比率37金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-938結(jié)論：（杰克遜因子）金屬多數(shù)為粗糙界面有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物多數(shù)為光滑界面半導(dǎo)體材料多為混合型界面結(jié)構(gòu)結(jié)論：（杰克遜因子）39晶體長(zhǎng)大機(jī)制光滑界面粗糙界面二維晶核長(zhǎng)大機(jī)制螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大機(jī)制臺(tái)階垂直長(zhǎng)大機(jī)制晶體長(zhǎng)大機(jī)制光滑界面粗糙界面二維晶核長(zhǎng)大機(jī)制螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大機(jī)制40金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-941金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-942液固界面前沿液相中溫度梯度正溫度梯度液固界面前沿液相中溫度梯度正溫度梯度43液固界面前沿液相中溫度梯度負(fù)溫度梯度液固界面前沿液相中溫度梯度負(fù)溫度梯度44金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-945金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-946正溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)光滑界面以密排面為外表面的有規(guī)則幾何外形晶體粗糙界面平面長(zhǎng)大方式正溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)光滑界面以密排面為外表面的有規(guī)則幾47金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-948負(fù)溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)光滑界面規(guī)則幾何外形晶體或者樹(shù)枝狀粗糙界面樹(shù)枝狀負(fù)溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)光滑界面規(guī)則幾何外形晶體或者樹(shù)枝狀49金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-950長(zhǎng)大速度過(guò)冷度先快后慢長(zhǎng)大機(jī)制臺(tái)階長(zhǎng)大慢垂直長(zhǎng)大快長(zhǎng)大速度過(guò)冷度先快后慢長(zhǎng)大機(jī)制臺(tái)階長(zhǎng)大慢51晶粒大小的控制控制過(guò)冷度晶粒大小的控制控制過(guò)冷度52金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-953金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-954晶粒大小的控制變質(zhì)處理點(diǎn)陣匹配控制過(guò)冷度振動(dòng)、攪拌、超聲波晶粒大小的控制變質(zhì)處理點(diǎn)陣匹配控制過(guò)冷度振動(dòng)、攪拌、超聲波55第二章純金屬的結(jié)晶凝固結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。結(jié)晶是指從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過(guò)程。第二章純金屬的結(jié)晶凝固結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬由56第二章純金屬的結(jié)晶凝固結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬熔點(diǎn)通常把金屬?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w晶態(tài)的過(guò)程稱為一次結(jié)晶。而把金屬?gòu)囊环N固體晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固體晶態(tài)的過(guò)程稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。第二章純金屬的結(jié)晶凝固結(jié)晶平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度金屬熔57第二章純金屬的結(jié)晶§2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件§2.4晶核的形成§2.5晶核的長(zhǎng)大第二章純金屬的結(jié)晶§2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象§2.2金屬結(jié)58§2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象冷卻曲線結(jié)晶潛熱結(jié)晶溫度§2.1金屬結(jié)晶的現(xiàn)象冷卻曲線結(jié)晶潛熱結(jié)晶溫度59結(jié)晶過(guò)程宏觀現(xiàn)象過(guò)冷結(jié)晶潛熱結(jié)晶過(guò)程宏觀現(xiàn)象過(guò)冷結(jié)晶潛熱60金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-961金屬結(jié)晶微觀過(guò)程形核長(zhǎng)大形成多晶體兩個(gè)過(guò)程重疊交織金屬結(jié)晶微觀過(guò)程形核長(zhǎng)大形成多晶體兩個(gè)過(guò)程重疊交織62§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件63熵的物理含義：系統(tǒng)中原子排列混亂程度。恒壓熵的物理含義：系統(tǒng)中原子排列混亂程度。恒壓64§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件65§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件66§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件兩相自由能差潛熱結(jié)晶溫度過(guò)冷度§2.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件兩相自由能差潛熱結(jié)晶溫度過(guò)冷度67§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件68§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件69§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件70§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件能量起伏相起伏晶胚晶核§2.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件能量起伏相起伏晶胚晶核71§2.4晶核的形成均勻形核非均勻形核是指完全依靠液態(tài)金屬中的晶胚形核的過(guò)程，液相中各區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率都是相同的。§2.4晶核的形成均勻形核非均勻形核是指完全依靠液態(tài)金屬中的72是指晶胚依附于液態(tài)金屬中的固態(tài)雜質(zhì)表面形核的過(guò)程?！?.4晶核的形成均勻形核非均勻形核是指晶胚依附于液態(tài)金屬中的固態(tài)雜質(zhì)表面形核的過(guò)程?！?.4晶73金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-974形核率是指單位時(shí)間內(nèi)單位體積液體中形成晶核的數(shù)量。用N＝N1*N2表示。形核功影響原子擴(kuò)散能力急冷非晶態(tài)材料形核率是指單位時(shí)間內(nèi)單位體積液體中形成晶核的數(shù)量。用N＝N175§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成76§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成77§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成78金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-979非均勻形核非均勻形核80非均勻形核非均勻形核81§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成82§2.4晶核的形成§2.4晶核的形成83金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-984固態(tài)基面結(jié)構(gòu)的影響固態(tài)基面結(jié)構(gòu)的影響85金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-9864過(guò)熱度5攪拌和振動(dòng)4過(guò)熱度87非均勻形核率所需過(guò)冷度較小點(diǎn)陣匹配原理固相表面原子排列與新相點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)相似時(shí)，既能有效促進(jìn)新相的非均勻形核。振動(dòng)、攪拌、超聲波非均勻形核率所需過(guò)冷度較小點(diǎn)陣匹配原理固相表面原子排列與新相88§2.5晶核的長(zhǎng)大晶體長(zhǎng)大條件液相中原子不斷向晶體擴(kuò)散提供原子（有足夠高的溫度）2.晶體表面能不斷而牢固地接納原子（固液界面結(jié)構(gòu)、溫度分布、散熱方向等）?！?.5晶核的長(zhǎng)大晶體長(zhǎng)大條件液相中原子不斷向晶體擴(kuò)散提供原89§2.5晶核的長(zhǎng)大液固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面粗糙界面從原子尺度觀察，這種界面是光滑平整的。通常為密排晶面§2.5晶核的長(zhǎng)大液固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面粗糙界面從原子尺90§2.5晶核的長(zhǎng)大液固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面粗糙界面從原子尺度觀察，這種界面是粗糙的，又稱為非小平面界面§2.5晶核的長(zhǎng)大液固界面的微觀結(jié)構(gòu)光滑界面粗糙界面從原子尺91X為液固界面上的原子位置被固相原子占據(jù)的比率X為液固界面上的原子位置被固相原子占據(jù)的比率92金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-993結(jié)論：（杰克遜因子）金屬多數(shù)為粗糙界面有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物多數(shù)為光滑界面半導(dǎo)體材料多為混合型界面結(jié)構(gòu)結(jié)論：（杰克遜因子）94晶體長(zhǎng)大機(jī)制光滑界面粗糙界面二維晶核長(zhǎng)大機(jī)制螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大機(jī)制臺(tái)階垂直長(zhǎng)大機(jī)制晶體長(zhǎng)大機(jī)制光滑界面粗糙界面二維晶核長(zhǎng)大機(jī)制螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大機(jī)制95金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-996金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-997液固界面前沿液相中溫度梯度正溫度梯度液固界面前沿液相中溫度梯度正溫度梯度98液固界面前沿液相中溫度梯度負(fù)溫度梯度液固界面前沿液相中溫度梯度負(fù)溫度梯度99金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-9100金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-9101正溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)光滑界面以密排面為外表面的有規(guī)則幾何外形晶體粗糙界面平面長(zhǎng)大方式正溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)光滑界面以密排面為外表面的有規(guī)則幾102金屬學(xué)補(bǔ)習(xí)班課件-9103負(fù)溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)光滑界面規(guī)則幾何外形晶體