华中科技大学：《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第4章 单组元晶体材料的凝固过程

单组元晶体材料的凝固过程 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

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

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

第一节 晶体形成的一般过程

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

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 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

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

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: G=H-TS dG=vdp- sdt

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： dG Vdp SdT G H TS = − = −

结晶的条热力学件 △Gy=Gs-Gu 亚号 Gs L 温度T 液态和团态的吉布斯自由能温度曲线

结晶的条热力学件

结晶的条热力学件 在恒压下,dp=0,因此 d-g ds d-T dT 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 ⚫ 在恒压下，dp = 0，因此 S dT dG = − T C dT dS d T d G p = − = − 2 2 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TTm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

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