文档介绍：单组元晶体材料的凝固过程
第四章
指导老师:刘光葵
制作:王艳丽
华中科技大学材料科学与技术系
本章主要内容
第一节晶体形成的一般过程
第二节形核
第三节晶体的生长
第四节凝固体的结构
第一节晶体形成的一般过程
一· 基本概念
自然界的物质通常都能够以气态、液态或固态存在。并且在一定的条件下,它们可以发生互相转变。
凝固:一切物质从液态到固态的转变过程的统称。
结晶:晶体的形成形成过程。
基本概念
固体是指能够保持自己形状的状态,固体材料有晶体和非晶体,从液态到非晶体的凝固过程,在冷却到一定温度,材料的黏度增加到能保持自己形状的状态。
晶体的形成过程包括,原始相可以是气体(凝结)、液态、非晶态的固体或从一种晶体转变未另一种晶体。
基本概念
在此重点讨论的是从液体转变为晶体的凝固过程,也是结晶过程。
很多固体材料的制备都是从液态得到,再凝固成固体材料后使用,例如金属材料绝大多数是冶金得到其液体,再凝固得到应用的状态。
因此在讨论的范围内也把这个凝固过程直接称结晶。
二· 结晶的条热力学件
结晶过程不是在任何情况下都能自动发生。自然界的一切自发转变过程总是向着自由能降低的方向进行。
在单一的组元情况下:
结晶的条热力学件
结晶的条热力学件
在恒压下,dp = 0,因此
其中S为熵,为正值;Cp为等压热容量,也是一正值。因此吉布斯自由能G和温度T的曲线总是凹向下的下降形式。
结晶的条热力学件
又因为液体的熵值恒大于固体的熵,所以液体的曲线下降的趋势更陡,两曲线相交处的温度Tm,当温度T= Tm时,液相和固相的自由能相等,处于平衡共存,所以称Tm为临界点,也就是理论凝固温度。
当T< Tm时,从液体向固体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生结晶过程;反之,当T> Tm时,从固体向液体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生熔化过程。所以结晶过程的热力学条件就是温度在理论熔点以下。