文档介绍：第二章液态结构与固液相变
§ 液态金属的结构
金属和合金材料的加工制备过程:
配料、熔化凝固成型三个阶段。
配料是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百分数；
熔炼是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金属；
凝固是金属由液态向固态转变的结晶过程，
它决定着金属材料的微观组织特征。
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固态金属
按原子聚集形态分为晶体与非晶体。
晶体
凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。
单晶体
在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体
多晶体
大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。
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在固体中原子被束缚在晶格结点上，其振动频率约为1013 次/s。
液态金属？
液态金属中的原子和固态时一样，均不能自由运动，围绕着平衡结点位置进行振动
但振动的能量和频率要比固态原子高几百万倍。
液态金属宏观上呈正电性，具有良好导电、导热和流动性。
液态金属结构的研究方法
1、间接方法：通过固态—液态、固态—气态转变后物理性质变化判断原子结合状况；
2、直接方法：X射线衍射（或中子线）进行结构分析。
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1. 物理性质变化
体积只膨胀3～7％，即原子间距平均只增大1～％
金属从０k到熔点的固态体积膨胀几乎都是7％，因此金属熔化时的体积膨胀不超过固态时的体积变化总量，液态金属的结构不可能完全无序！
金属
Sn
Zn
Mg
Al
Ag
Cu
Fe
Ti
(VL-VS)/ VS

几种常用金属熔化时的体积变化
熔化潜热只占气化潜热的3～7 ％见表1
这就可以认为金属由固态变成液态时，原子结合键只破坏一个很小的百分数，只不过它的熔化熵相对于固态时的熵值有较多的增加，表明液态中原子热运动的混乱程度，与固态相比有所增大。
比热容，与固态相比虽然稍大一些，但具有相同的数量级。
第二章液态金属结构和固态相变
表1 几种金属的熔化潜热与气化潜热
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第二章液态金属结构和固态相变
由此可见：液态金属在结构上更象固态而不是汽态，原子之间仍然具有很高的结合能。金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。可以说，在熔点（或液相线）附近，液态金属（或合金）的原子集团内短程结构类似于固体，而与气体截然不同。但需要指出，在液-气临界点(Tc)，液体与气体的结构往往难以分辨，说明接近Tc 时，液体的结构更接近于气体。
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液态金属的衍射结构参数
偶分布函数 g(r)
物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r = 0）距离为 r 位置的原子数密度 ρ(r) 对于平均数密度ρo（=N/V=粒子数N/体积V体系）的相对偏差。
ρ(r) = ρo g (r)
2、X射线衍射进行结构分析
第二章液态金属结构和固态相变
径向分布函数 — RDF ：
RDF = 4πr 2ρo g(r)
表示在 r 和 r + dr 之间的球壳中原子数的多少。
配位数N1：表示参考原子周围最近邻（即第一壳层）的原子数。
配位数 N1 的求法：RDF第一峰之下的积分面积；
配位数：
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X射线衍射分析
图2-1是由X射线衍射结果整理而得的原子密度分布曲线。
横坐标r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。
纵坐标表示当半径增减一个单位长度时，球体（球壳）内原子个数的变化值，其中（r）称为密度函数。
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