金属结晶的结构条件

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1、第三节 金属结晶的结构条件,金属的结晶是晶核的形成和长大的过程， 而晶核是由晶胚生成的，那么，晶胚有是什 么呢？它是怎样转变成晶核的？这些问题都 涉及到液态金属的结构条件，因此，了解液 态金属的结构，对于深入理解结晶时的形核 和长大过程十分重要。,大量的实验结果表明，液态金属的结构与固态相似，而与气态金属根本不同。例如： 金属熔化时的体积增加很小（3%-5%），说 明固态金属与液态金属的原子间距相差不大； 液态金属的配位数比固态金属的有所降低， 但变化不大，而气态金属的配位数却是零； 金属融化时的熵值有显著增加，这意味着其 原子排列的有序程度受到很大的破坏；液态,金属结构的X射线研究结果表明，

2、在液态 金属的近邻原子之间具有某种与晶体结构 类似的规律性，这种规律性不像晶体那样 延伸至长距离。,根据以上的实验结果，可以勾画出液态 金属结构的示意图，如图2-6所示。在液体 中的微小范围内，存在着紧密接触规则排 列的原子集团，称为短程有序，但在大范 围内原子是无序分布的。而在晶体中大范 围内原子却呈有序排列的，称为长程有序。,应当指出，液态金属中短程规则排列的 原子集团并不是固定不动、一成不变的，而 是处于不断地变化之中。由于液态金属原子 的热运动很激烈，而且原子间距较大，结合 较弱，所以液态金属原子在其平衡位置停留 的时间很短，很容易改变自己的位置，这就 使短程有序的原子集团只能维持短暂

3、的时间 即被破坏而消失。,与此同时，在其他地方又会出现新的短 程有序的原子集团。前一瞬间属于这个短程 有序原子集团的原子，下一瞬间可能属于另 一个短程有序的原子集团。短程有序的原子 集团就是这样处于瞬间出现，瞬间消失，此 起彼伏，变化不定的状态之中，仿佛在液态 金属中不断涌现出一些极微小的固态结构一 样。,这种不断变着的短程有序原子集团 称为结构起伏，或称为相起伏。,在液态金属中，每一瞬间都涌现出大量 的尺寸不等的相起伏，在一定的温度下， 不同尺寸的相起伏出现的几率不同，如图 2-7所示。尺寸大的和尺寸小的相起伏出现 的几率都很小，在每一温度下出现的尺寸 最大的相起伏存在着一个极限值rmax ， rmax 的尺寸大小与温度有关。,温度越高，则rmax 尺寸越小；温度越低， 则rmax 尺寸越大（图2-8）。在过冷的液相 中， rmax 尺寸可达几百个原子的范围。根 据结晶的热力学条件可以判断，只有在过 冷液体中出现的尺寸较大的相起伏才有可 能在结晶时转变成晶核，这些相起伏就是 晶核的胚芽，称为晶胚。,总之，液态金属的一个重要特点是存在 着相起伏，只有在过冷液体中的相起伏才 能成为晶胚。但是并不是所有的晶胚都可 以转变成为晶核。要转变成为晶核，必须满足一定的条件， 这就是形核规律所要讨论的问题。,