1、等温 等压条件下 外界有效功对非晶晶化行为的影响 小组成员 何亮倪杰胡殷满玉红胡林峰 T Tm时 从非晶到晶态的转变是自发过程 凝固过程自发 结晶过程需要克服能垒 形核功 晶化过程 G G表面 G体积 形核原子团半径r达到晶核临界尺寸r 时 形核功 G 16 n SL3 3 G体积2 G 2 3 G表面 0 只与材料本身特性有关 无有效功条件下形核功的来源 系统能量的涨落 正态分布 等温等压条件下 体系所做的最大有效功等于自由能的减少 换言之 外界对体系所做的有效功将引起体系自由能变化 dU Q W 其中 w PdV w 定义自由能G U TS PV经一系列推导 w dG T P 时为可逆过程
2、 时为不可逆过程 有效功促进其作用域内的形核 影响相应晶化过程 1 弹性功2 极化功3 磁化功 加热 外场作用 非晶态材料晶化 外场作用 应用实例 热挤压与再结晶 1 金属塑性变形是以位错运动来实现的 随着变形的进行 位错密度不断增加 高位错密度聚集的能量使材料的自由能上升 2 材料变形越均匀 材料内部的应变场 应变速率场以及温度场等的分布也越均匀 其晶粒组织也越趋于一致 热挤压镁合金AZ91 热挤压可以显著减少AZ91合金的晶粒尺寸 其拉伸力学性能与实验温度密切相关 可以通过热处理来改善其拉伸力学性能 变形镁合金之所以比铸造镁合金性能好 是因为热变形后组织均匀 晶粒细化 并消除了铸造缺陷的缘
3、故 电场热处理条件下TiO2薄膜的晶化行为研究 利用溶胶 凝胶法和电场热处理工艺在玻璃表面制备出一层TiO2薄膜 热处理温度是520 保温时间是1h 电场强度分别为0 2000V cm 5000V cm 制得的样品分别标记为A B C 电场热处理后TiO2薄膜的X射线衍射分析谱 由图可知 外加电场促进了TiO2薄膜的形核过程 促进了TiO2薄膜从非晶态到锐钛矿相的转变 从热力学角度分析 在由电介质构成的热力系中 外电场发生变化时 为使电介质中的电偶极子转动而沿一定方向排列需作极化功 这时 系统对外界完成的功为式中E为电介质中的电场强度 P为极化强度 单位容积内电偶极矩的矢量和 V为系统的容积
4、TiO2薄膜从非晶态到锐钛矿的转变是一个变温形核 瞬时长大的过程 而变温形核的机制与原子在薄膜中的扩散密切相关 外电场的引入 加速了原子在薄膜中的扩散 对单位体积的电解质 其热力学方程可写为 TdS du EdR绝热过程中 外电场的引入增加了材料的内能 当达到原子的扩散激活能时 原子不断迁移到晶体相的晶核上 并瞬时长大 Fe78Si9B13非晶合金纳米晶化的低频脉冲磁场处理 外加磁场的频率 作用时间以及场强都对磁场处理的效果有一定的影响 说明非晶合金Fe78Si9B13在脉冲磁场中发生纳米晶化需要磁场能量的消耗 这就对磁场强度和磁场作用时间有一定的要求 脉冲磁场处理时 材料在往复磁化 去磁的过程中 原子的磁矩取向不断发生变化 导致原子的运动状态发生改变而使原子之间的距离发生周期变化 非晶晶化过程实质上是参与相变的原子从初始非晶态的亚稳态吸收外界能量越过晶化形核势垒达到稳定的晶化状态 磁场的影响相对降低了晶化形核势垒并提高了跃迁几率 从而导致形核率增加 促使非晶合金中纳米晶相析出 谢谢大家 请提问
