二元合金熔體結構轉變動力學行為探討.pdf

1、認知液體結構和性質(zhì)，涉及諸多領域的科學基礎和技術進步。然而，相對于固態(tài)和氣態(tài)，人類對液態(tài)的認識仍落后許多。近年來，在高溫、高壓及深過冷條件下，液態(tài)物質(zhì)的結構多型性(Polyamorphism)現(xiàn)象引起了科技界高度關注，越來越多的證據(jù)顯示，液態(tài)結構及諸種性質(zhì)隨壓力或溫度的改變而發(fā)生異常變化。這些現(xiàn)象打破了人們對液態(tài)結構連續(xù)漸變的傳統(tǒng)認知，為人們更進一步認知液態(tài)物質(zhì)提供了新的突破口。 作為一個新的研究領域，溫度誘導液.液結構轉變(T

2、I-LLST)現(xiàn)象在多種合金體系中得到觀察與驗證，并在一定程度上探明了其規(guī)律及普適性。但到目前為止，人們對研究TI-LLST的努力多著眼于現(xiàn)象學層面，對其過程機理，如動力學特征及轉變機制、熱力學性質(zhì)，以及更為微觀的電子結構層面等的認識還遠遠不夠。這些方面的不足，正是本文研究的切入點及主要內(nèi)容。按照Y.Marcus根據(jù)相圖對合金液態(tài)種類的劃分，本文選擇的研究對象為PbSn、InSn、InPb和CuSn等多種分屬不同類別的合金熔體。研究手段

3、包括電阻法、熱電勢法、DTA熱分析和X射線衍射等不同手段。采取不同溫度的恒溫、不同速率的升溫及降溫等多種規(guī)程進行實驗，并運用相變動力學理論、熱力學理論以及Fibet-Ziman電子理論等，對其轉變特征、機制與本質(zhì)進行了理論分析與探討。主要結論及創(chuàng)新點歸納如下： 1、探索了合金熔體結構轉變過程的動力學現(xiàn)象和特征，并運用相變動力學理論對其動力學行為進行了分析。所揭示的創(chuàng)新性結論為：不同類別合金熔體結構轉變過程均屬于“形核-長大”類型

4、，且“形核”速率為轉變的主導控制因素：但存在兩類不同的動力學轉變模式-J-M-A轉變模式和自動催化模式。文中探討了轉變過程的微觀物理機制，并首次對TI-LLST轉變速度相對通常固態(tài)相變而言較慢的普遍特征給予了合理的解釋。 2、基于變速升溫結果，運用Kissinger方程，計算、比較了不同合金轉變的表觀激活能Ek進而分析了不同合金熔體TI-LLST的難易程度，即反映打破舊相原子間束縛力能壘大小，如：InSn80>InPb80>Pb

5、Sn61.9；此外，揭示了TI-LLST的Ek值大小相較一般固體相變而言要小很多。 3、通過X衍射手段所得到了InSn20合金熔體結構特征參數(shù)，如原子間距，第一配位數(shù)、熔體團簇尺度和有序度等，它們在相應轉變溫度范圍內(nèi)均發(fā)生了突變，為液-液結構轉變的存在提供了直接證據(jù)。利用衍射數(shù)據(jù)，本文進一步計算得出InSn20合金熔體中偶熵隨溫度的變化，從熱力學角度反映了系統(tǒng)有序度的變化，揭示了TI-LLST為熵驅(qū)動的有序-無序非連續(xù)的本質(zhì)。并