《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）第8章 凝固与结晶 Solidification and Crystallization 8.4 无机非金属材料的液-固相变 8.5 高分子材料的凝固

第8章凝固与结晶Solidification and Crystallization8.1凝固与结晶的基础理论8.1.1液态结构（Liquid-statestructure）8.1.2结晶的热力学条件和过冷度8.1.3结晶过程(Crystalliz8.3共晶合金的结晶8.1.4均匀形核（Homoge8.4无机非金属材料的液-固8.1.5非均匀形核（Hetere相变8.1.6晶体长大（Crystalg8.5高分子材料的凝固8.2固溶体合金的结晶8.2.1固溶体合金的结晶特8.2.2固溶体合金的平衡结8.2.3固溶体合金的非平衡结晶8.2.4固溶体非平衡结晶时溶质的再分配8.2.5成分过冷（Constituationsupercooling）

第8章 凝固与结晶 Solidification and Crystallization 8.1 凝固与结晶的基础理论 8.1.1 液态结构 (Liquid-state structure) 8.1.2 结晶的热力学条件和过冷度 8.1.3 结晶过程 (Crystallization process) 8.1.4 均匀形核（Homogeneous nucleation） 8.1.5 非均匀形核（Heterogeneous nucleation） 8.1.6 晶体长大 (Crystal growth) 8.2 固溶体合金的结晶 8.2.1 固溶体合金的结晶特点 8.2.2 固溶体合金的平衡结晶 8.2.3 固溶体合金的非平衡结晶 8.2.4 固溶体非平衡结晶时溶质的再分配 8.2.5 成分过冷（Constituation supercooling） 8.3 共晶合金的结晶 8.4 无机非金属材料的液-固 相变 8.5 高分子材料的凝固

8.4无机非金属材料的液-固相变8.4.1硅酸盐熔体的结构特点8.4.2硅酸盐熔体的性质8.4.3硅酸盐熔体的凝固1 硅酸盐的玻璃化2 硅酸盐的结晶8.5高分子材料的凝固8.5.1聚合物熔体的结构与特性8.5.2聚合物的结晶

8.4 无机非金属材料的液-固相变 8.4.1 硅酸盐熔体的结构特点 8.4.2 硅酸盐熔体的性质 8.4.3 硅酸盐熔体的凝固 1 硅酸盐的玻璃化 2 硅酸盐的结晶 8.5 高分子材料的凝固 8.5.1 聚合物熔体的结构与特性 8.5.2 聚合物的结晶

8.4无机非金属材料的液-固相变陶瓷的凝固过程：形核和长大熔体基本规律热力学与动力学条件结构凝固熔体粘度物理不同特点特性表面张力结晶凝固以硅酸盐为例玻璃态

8.4 无机非金属材料的液-固相变 ▪ 陶瓷的凝固过程： 熔体 凝固 基本 规律 形核和长大 热力学与动力学条件 不同特点 熔体 结构 物理 特性 粘度 表面张力 凝固 结晶 以硅酸盐为例 玻璃态

白矽石-SiO,鳞石英-SiO刚玉-Al,0红柱石-Al.Si,O2200液体+刚玉液体2000白矽石+液体1800液体十红柱石红柱石1587°C+16007刚玉白矽石+红柱石14705.5%1400红柱石1200鳞石英十红柱石1000804060200Al20320604080SiO2w/10-2

SiO 2 Al 2 O 3

8.4.1硅酸盐熔体的结构特点简单的原子、离子和分子金属熔体阳离子、络合阴离子团离子不均匀硅酸盐(x(O)/x(Si)分布熔体离子键、共价键：Si-0.Al-0熔体的微观不均匀性

8.4.1 硅酸盐熔体的结构特点 金属 熔体 简单的原子、离子和分子 硅酸盐 熔体 阳离子、 络合阴离子团 （x(O)/x(Si) 离子键、共价键： Si-O,Al-O 离子不均匀 分布 熔体的微观 不均匀性

8.4.2硅酸盐熔体的性质熔点温度金属或盐2015高粘度5熔体流动阻力大10表面张力大itg0()非均匀形核的润湿性50010001500温度/℃(a）钠钙玻璃

高粘度 熔体流动阻力大 表面张力大 非均匀形核的润湿性（θ） 8.4.2 硅酸盐熔体的性质

粘度n长大ha速率形核率NRTmTa Te Tb△T

8.4.3硅酸盐熔体的凝固/A熔体粘度大B过冷熔体冷速快慢冷快冷玻璃过冷液体EFC慢冷玻璃态晶体结晶玻璃DLatgensTg低温高温Tm温度 T

8.4.3 硅酸盐熔体的凝固 粘度大 冷速快 结晶 玻璃态 过冷液体 慢 冷

玻璃体的晶化：微晶玻璃(1-2um) :高的机械强度耐磨、耐蚀，动力学：膨胀系数为0。玻璃熔体冷却，粘度急剧增加，抑制晶核的形热力学：成和晶体长大非晶玻璃：晶化—形成一个新的亚稳态，内能高平衡。转化为结晶态。玻璃相与结晶相

▪ 热力学： ▪ 非晶玻璃： ▪ 亚稳态，内能高 → 转化为结晶态。 玻璃体的晶化： ▪ 微晶玻璃（1-2μm）： ▪ 高的机械强度、 ▪ 耐磨、耐蚀， ▪ 膨胀系数为0。 ▪ 动力学： ▪ 玻璃熔体冷却，粘度急 剧增加，抑制晶核的形 成和晶体长大 ▪ 晶化——形成一个新的 平衡。 玻璃相与结晶相

玻璃体的晶化：1.玻璃的晶化处理形核剂，催化剂：2.玻璃粉烧结+Au,Ag,Cu,CeO,TiO2,ZrO,TiO,单一晶核剂TiO,+ZrO,复合晶核剂2ekUwY20kXterDDE1e28.SEXia.eeeLi20-Al203-SiO2（LAS)系微晶玻璃TamTue2akuX10.00810 20 SE128k0X0.a01e 20 SE1图不同热处理制度下微品玻的SEM照片（8）样品：（）样品+：（)样品6：（d样品）

玻璃体的晶化： 1.玻璃的晶化处理 2. 玻璃粉烧结 形核剂，催化剂： Au,Ag,Cu,CeO,TiO2 ,ZrO2 + TiO2单一晶核剂 TiO2+ZrO2复合晶核剂 Li2O-Al2O3 -SiO2 (LAS)系微晶玻璃