Теория жидкого состояния расплавов - Структура и свойства металлических расплавов

В теории жидкого состояния, как и в теории твердого тела, под структурой понимают пространственное расположение атомов.

Известно, что в кристалле имеется ближний и дальний порядок, а в жидкости только ближний. Ближний порядок можно определить как упорядоченное расположение атомов, окружающих произвольно выбранный центральный атом на расстоянии порядка межатомного RА. Дальний порядок в структуре кристалла - правильное периодическое расположение атомов в узлах трехмерной решетки, образуемой повторяющимися элементами кристалла. Дальний порядок распространяется на расстояния, по крайней мере, в десятки раз превышающие межатомное (для бесконечной идеальной решетки - на бесконечно большое расстояние). При плавлении дальний порядок исчезает. На расстоянии, в 3 - 4 раза превышающем межатомное, положение атома в любой точке жидкости равновероятно, как в газе, а плотность жидкости равна среднему значению С0 . Упорядоченное расположение атомов в жидкости сохраняется лишь на небольших расстояниях, в области ближнего порядка.

В начале 20-х годов Я. И.Френкель разработал квазикристаллическую модель строения жидкости. Согласно этой модели, в жидкости сохраняются черты ближнего порядка, характерного для твердого тела вблизи температуры плавления TПл. Предположение о квазикристаллическом строении жидкости Я. И.Френкель обосновал близостью ряда структурных и физических характеристик металлов в жидком и твердом состояниях вблизи TПл - плотности, энтальпии, теплоемкости и др. Квазикристаллическая модель позволила правильно предсказать комплекс свойств жидкости вблизи тел. Методом "размытия" кристаллической решетки удается оценить структурные параметры жидкости - межатомные расстояния и число ближайших соседей.

Так, у твердого Fe расстояние между ближайшими соседями RА при T = 1500О С - 0,2545 нм, у жидкого Fe при T 1550О С - 0,254 нм. Практически не изменяется величина RА при плавлении Au, Pb, Cu, Al и других металлов.

При плавлении изменяются строение и свойства металлов. На рентгенограммах металлов в различных состояниях видно, что у твердых металлов имеются острые максимумы, в жидком состоянии вблизи температуры плавления имеются максимумы размытые, а близко к температуре кипения - максимумы исчезают (рис. 1.1).

Таким образом, температура плавления и температура кипения являются пороговыми величинами: при температуре плавления разрушается дальний порядок, характерный для кристаллического состояния, но сохраняется ближний порядок, т. е. порядок в пределах нескольких межатомных расстояний. При температуре кипения нарушается ближний порядок, и металл утрачивает свойства твердого тела.

При плавлении металлов сохраняется высокое значение координационного числа К. Так, у плотноупакованных металлов в твердом состоянии К = 12, а при плавлении 8-10, т. е. каждый атом теряет только 2-3 соседей. Следовательно, в жидком состоянии частично сохраняется расположение атомов, характерное для твердого состояния. При этом межатомное расстояние и плотность металла изменяются не более чем на 3 - 6 %.

Похожие статьи




Теория жидкого состояния расплавов - Структура и свойства металлических расплавов

Предыдущая | Следующая