《材料科学基础》第8章 凝固与结晶.ppt

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阅读:新型凝固技术 一、定向凝固: 使铸件沿同一方向生长→柱/片层/棒状组织,纵向性能明显高于横向性能。 定向凝固(a) 与非定向凝固(b))的叶片 二、单晶的制取 1、垂直提拉法 2、尖端形核法 溶质再分配:溶质贫化——溶质富聚。(动画) 例如对k0=0.1的杂质,经几次区熔后, 料棒前面一半的杂质浓度约减低至原来的1‰。 三、区域提纯 四、 急冷凝固技术 将熔体分成小尺寸,增大散热面积, 再急冷凝固。 制备非晶态合金、微晶合金、准晶态合金 ——新材料——新性能。 1.雾化技术——粉末 熔体在离心力、 机械力或 高速流体冲击力 作用下,分散成 极小尺寸雾状熔滴,急冷凝固粉末。 离心雾化法、 双辊雾化法。 2.高能束流法 激光或高能电子束 快速熔化工件表面, 表层快速冷却。 界面热阻几乎为零,冷速可达108K/s。 3.旋凝法----薄带 借助于惰性气体压力,将液态金属冲射到一个高速旋转的辊轮面上,得到连续薄带。 带厚约为20~200μm,冷却速度为4~5×105K/s。 非晶钢毛 五、连续铸造 将金属液从中间包注入一个无底的水冷结晶器中,并将铸成的金属壳从结晶器中拉出获得板材。 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 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 玻璃态 以硅酸盐为例 SiO2 Al2O3 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 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 8.4.3 硅酸盐熔体的凝固 粘度大 冷速快 玻璃态 结晶 过冷液体 慢冷 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 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 机械强度高, 绝缘性能优良, 介电损耗少,介电常数稳定, 热膨胀系数可在很大范围调节, 耐化学腐蚀, 耐磨, 热稳定性好,使用温度高 建筑幕墙, 室内高档装饰, 机械上的结构材料, 电子、电工上的绝缘材料,大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热器皿. 化工与防腐材料 矿山耐磨材料等。 主要由大分子链结构决定。 8.5 高分子材料的凝固 小结: 液体中溶质完全混合:b (慢速凝固, δ小 →0 ) 液体中仅借扩散而混合:C (快速凝固, δ大→∞ ) C 成分过冷 最严重 b宏观偏析 最严重 成分过冷 界面不稳定 界面稳定 谢 谢! 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)

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