金属的组织结构特点

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5.1.1  液态金属的结构

    对于液态金属结构的研究是通过三种方法进行的，一是通过固液态、固气态转变前后金属物理性质的变化，判断液态金属的原子结合状况。二是通过X射线或中子线结构分析，研究液态金属中原子的排列。三是在假想模型的基础上进行实验模拟研究。大量研究表明，在熔点以上不高的温度范围里，液态金属在结构上具有以下特点：

    (1) 在液态金属中，原子以原子团的方式存在，在原子团内部原子的排列有一定的规律性，与固态相比，原子团内部原子的间距增加不大。这个性质我们把它概括为“近程有序性”。

    (2) 液态金属中原子热运动的能量较大，存在着较大的能量起伏和温度起伏。

    (3) 由于液态金属中原子具有较大的热运动能量和能量起伏，原子集团内部具有较大能量的原子就可能克服邻近原子的束缚，成簇地脱离原来的原子集团而加入到邻近的集团中，或组成新的集团。同时，原子集团之间的距离较大，比较松散，犹如存在“空穴”，这些空穴同样在不停地变化。因此，在液态金属中，所有的原子集团和空穴都处于瞬息万变状态，时而长大，时而变小，时而产生，时而消失，此起彼伏，犹如在不停地游动。液态金属的这种结构特点可以归纳为“结构起伏”。

    (4) 当金属中含有第二种原子时，不同原子集团中含有的第二种原子的浓度不尽相同，伴随着原子集团的“游动”，液态金属内出现浓度起伏。

    (5) 对于实际金属，由于杂质元素和未熔相质点的存在，液态金属除具有上述的近程有序、能量起伏、结构起伏、浓度起伏外，还具有相质点的起伏。

    液态金属的这种结构特性对金属的结晶起重要作用。

    5.1.2  固态金属结构的不完整性

    固态金属是由许多晶粒组成的，在晶粒内部原子按一定的规律排列，即所谓长程有序性。对于理想的完整晶体，在有关的金属学教材中已有详尽的介绍，这里着重回顾金属晶体的不完整性。

    在金属晶体中，原子并非静止不动的，而是以其平衡位置为中心不停地进行热振动。虽然在一定的温度下原子热振动的平均能量是相等的，但是每个原子的能量却不相等，而且经常变化，此起彼伏。在任何瞬间，总有一些原子的能量大到足以克服周围原子对它的束缚作用，从而脱离其原来的平衡位置而迁移到别处，结果在原来的位置上出现了空位。如果离开平衡位置的原子迁移到晶体点阵的间隙中，还会同时形成间隙原子。