5.1.1  液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)

    對(duì)于液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的研究是通過三種方法進(jìn)行的，一是通過固液態(tài)、固氣態(tài)轉(zhuǎn)變前后金屬物理性質(zhì)的變化，判斷液態(tài)金屬的原子結(jié)合狀況。二是通過X射線或中子線結(jié)構(gòu)分析，研究液態(tài)金屬中原子的排列。三是在假想模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究。大量研究表明，在熔點(diǎn)以上不高的溫度范圍里，液態(tài)金屬在結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)：

    (1) 在液態(tài)金屬中，原子以原子團(tuán)的方式存在，在原子團(tuán)內(nèi)部原子的排列有一定的規(guī)律性，與固態(tài)相比，原子團(tuán)內(nèi)部原子的間距增加不大。這個(gè)性質(zhì)我們把它概括為“近程有序性”。

    (2) 液態(tài)金屬中原子熱運(yùn)動(dòng)的能量較大，存在著較大的能量起伏和溫度起伏。

    (3) 由于液態(tài)金屬中原子具有較大的熱運(yùn)動(dòng)能量和能量起伏，原子集團(tuán)內(nèi)部具有較大能量的原子就可能克服鄰近原子的束縛，成簇地脫離原來的原子集團(tuán)而加入到鄰近的集團(tuán)中，或組成新的集團(tuán)。同時(shí)，原子集團(tuán)之間的距離較大，比較松散，猶如存在“空穴”，這些空穴同樣在不停地變化。因此，在液態(tài)金屬中，所有的原子集團(tuán)和空穴都處于瞬息萬變狀態(tài)，時(shí)而長(zhǎng)大，時(shí)而變小，時(shí)而產(chǎn)生，時(shí)而消失，此起彼伏，猶如在不停地游動(dòng)。液態(tài)金屬的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以歸納為“結(jié)構(gòu)起伏”。

    (4) 當(dāng)金屬中含有第二種原子時(shí)，不同原子集團(tuán)中含有的第二種原子的濃度不盡相同，伴隨著原子集團(tuán)的“游動(dòng)”，液態(tài)金屬內(nèi)出現(xiàn)濃度起伏。

    (5) 對(duì)于實(shí)際金屬，由于雜質(zhì)元素和未熔相質(zhì)點(diǎn)的存在，液態(tài)金屬除具有上述的近程有序、能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏、濃度起伏外，還具有相質(zhì)點(diǎn)的起伏。

    液態(tài)金屬的這種結(jié)構(gòu)特性對(duì)金屬的結(jié)晶起重要作用。

    5.1.2  固態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的不完整性

    固態(tài)金屬是由許多晶粒組成的，在晶粒內(nèi)部原子按一定的規(guī)律排列，即所謂長(zhǎng)程有序性。對(duì)于理想的完整晶體，在有關(guān)的金屬學(xué)教材中已有詳盡的介紹，這里著重回顧金屬晶體的不完整性。

    在金屬晶體中，原子并非靜止不動(dòng)的，而是以其平衡位置為中心不停地進(jìn)行熱振動(dòng)。雖然在一定的溫度下原子熱振動(dòng)的平均能量是相等的，但是每個(gè)原子的能量卻不相等，而且經(jīng)常變化，此起彼伏。在任何瞬間，總有一些原子的能量大到足以克服周圍原子對(duì)它的束縛作用，從而脫離其原來的平衡位置而遷移到別處，結(jié)果在原來的位置上出現(xiàn)了空位。如果離開平衡位置的原子遷移到晶體點(diǎn)陣的間隙中，還會(huì)同時(shí)形成間隙原子。