结晶过程

结晶过程

铸造碳钢属于亚共析钢，结晶过程可分为两个阶段：

第一阶段——“一次结晶过程”

第二阶段——“二次结晶过程”。

一次结晶过程：从钢液开始结晶起至完全凝固形成奥氏体止。

温度度降至1点（液相线）以下时，有高温铁素体（δ－Fe）析出；温度下降至2点（包晶温度）时，发生包晶转变；温度降至2点以下时，为L+ A；温度降至3点以下时，全部转变成奥氏体。

二次结晶：从钢液完全凝固开始，经过奥氏体枝晶的粒化和再结晶，至共析转变终了止。再结晶：由奥氏体析出铁素体起，至共析转变终了止。

当温度低于GS线时有先共析铁素体析出，当温度达到共析转变温度时，形成珠光体。

奥氏体枝晶的粒化：一次结晶终了后，温度继续降低，通过奥氏体区时，奥氏体枝晶发生分裂的过程。

原因：

内因——温度降低，晶体体积能减小，表面能增大；

外因——温度降低，体积收缩，产生应力。

一次和二次结晶过程对碳钢组织的影响

一次结晶过程决定碳钢晶粒大小和形状，影响偏析、缩松、热裂的形成。

二次结晶过程决定着碳钢的金属基体组织和铸造应力的形成。

铸态组织的特征是：

晶粒粗大；存在魏氏组织或网状组织；存在偏析。

细化晶粒的措施增大冷却速度降低浇注温度增加凝固期间的运动孕育处理

魏氏组织特征

先共析铁素体呈片状存在于珠光体中，在金相显微镜下呈条状针状分布，相互之间成一定角度60°、90°、120°）。

2.危害

使钢的塑性降低，脆性增大。

一次和二次结晶过程对魏氏组织的影响：

由于F与A之间存在含碳量的差别，当F析出并长大时，必然伴有铁、碳原子的扩散；

如果A晶粒小，冷却以极缓慢的速度通过GS线时，铁、碳原子扩散充分，F呈网状在晶界处长长，形成网状组织；

反之，F要快速生长，就必须缩短扩散距离，F只有以插入A中心的方式生长才能满足这一生长条件，而这种生长的结果就是形成魏氏组织。

一次结晶过程形成较大的奥氏体晶粒，二次结晶过程冷却速度快时易形成魏氏组织。消除魏氏组织的方法

热处理——退火、正火

热处理的目的是细化晶粒；消除魏氏体（或网状组织）；和消除铸造应力。

二、常用热处理工艺

退火、正火、正火加回火

铸造碳钢中的基本元素：C、Si、Mn、P、S。

C: 对金相组织和力学性能起主要作用；

Si、Mn：对提高和改善力学性能有良好作用；

P、S：有害杂质，越少越好。

1. C的影响随着含碳量的增加，钢的强度、硬度提高，塑性和韧性

下降。

原因：

2. Si的影响

对性能的影响不大，主要作用是脱氧。

3 Mn的影响

脱氧：FeO + Mn = MnO + Fe

氧化锰溶解度小，熔点较高，可以进入炉渣，从而消除氧的有害作用。

脱硫：FeS + Mn = MnS + Fe

硫化锰熔点高（1600℃），有害作用小。

注：为了保证Mn的脱硫作用，必须满足Mn/S≥1.71

4. P的影响

降低塑性、韧性，造成铸件产生冷脆现象。

5. S的影响

使力学性能大大下降，铸件高温下易产生热脆现象，焊接性能下降。

铸件壁厚

在相同化学成分和热处理条件下，不同壁厚铸件的力学性能有明显差别，其主要影响因素是：

1. 晶粒度：厚壁铸件组织中晶粒较粗大。

2. 枝晶臂间距：厚壁铸件奥氏体枝晶臂间距大。

3. 致密度：壁越厚，铸件缩松严重，致密度低，组织连续性差。

原因：冷却速度慢。

影响流动性的因素

1.浇注温度

同一含碳量的钢，浇注温度越高，流动性好。（强调的是过热度。）

2.含碳量

过热度相同的条件下，随着含碳量的不同，结晶温度间隔大，流动性差。（强调的是成分变化。）

3.其他元素的影响

硅、铜、磷可提高流动性。

4.气体和夹杂物的影响

气体和夹杂物降低流动性。

影响钢形成热裂的主要因素

（1）化学成分的影响

碳：含碳量0.2%左右不易热裂（高和低都易产生热裂）。

硫、磷：使热裂倾向增大（特别是硫）。

锰：有良好的防热裂作用。

硅：可降低热裂倾向（脱氧）。

（2）脱氧不良热裂倾向大。

（3）浇注温度高易热裂。

（4）工艺因素的影响

如铸件结构、形成热节、型（芯）砂溃散性等。

冷裂倾向

1.形成温度冷裂是在塑性-弹性转变温度（约700。C）以下形成的。

2.2. 特征

裂纹表面洁净、光亮或呈轻微氧化色。裂纹形状呈圆滑曲线或连续直线状。

3. 影响因素：

（1）化学成分的影响低碳钢不易冷裂；硫、磷高易冷裂。

（2）脱氧

脱氧不良易冷裂。

（3）工艺因素的影响如铸件结构（壁厚差）、如开箱时间、切割冒口、型芯的

溃散性等。

Mo

1.存在状态形成固溶体;形成碳化物。

２.作用

缩小奥氏体区；提高淬透性；显著提高高温强度；含量大于1%时，有沉淀强化作用。

３.不利影响

单独使用时增加回火脆性。

（五）Ni

1.存在状态形成固溶体(不形成碳化物）。

２.作用

扩大奥氏体区；提高淬透性；固溶强化；细化珠光体；改善低温韧性；提高抗氧化性。

Cu

1.存在状态少部分固溶，大部分以游离态析出。

２.作用

扩大奥氏体区；降低熔点，提高流动性；固溶强化；沉淀强化（含量大于0.75%，配合热处理）；提高韧性（经过调质处理）。

（二）Si

1.存在状态形成固溶体(不形成碳化物)。

２.作用

缩小奥氏体区；固溶强化；细化珠光体；与其他元素配合可提高淬透性。

３.不利影响

降低塑性、韧性；热处理中易脱碳。

（三）Cr

1.存在状态形成固溶体;形成多种形式碳化物；形成合金渗碳体。

２.作用

缩小奥氏体区；固溶强化；提高淬透性（双C曲线）；沉淀强化；小于2%时，即提高强度，又提高塑性。

３.不利影响增加回火脆性。

单元铬钢---ZG40Gr

特点：

铬使钢具有良好的淬透性，壁厚25-30mm的铸件可以采用油淬；

含量在2%以下的铬能完全固溶于铁素体中，提高其强度，而不降低其塑性；

经过调质处理后具有良好的力学性能，特别是有较高的硬，故常用于铸造齿轮毛坯等重要铸件；具有回火脆性。

加钼：能减轻钢的回火脆性；进一步提高钢的淬透性；提高渗碳体热稳定性，防止在

高温条件下珠光体发生分解；显著提高钢的再结晶温度，使铬钼钢具有良好的耐热性能。

加钒：能显著地细化晶粒，使钢的强度和韧性进一步提高；具有防止钢在高温下晶粒长大的作用，因此铬铝钒钢适用于耐热零件。

使用：

ZG20CrMoV和ZG15Cr1Mo1V钢在汽轮机制造中，用于制造高压缸和主汽阀等重要铸件。

1. 镍在钢中的作用：

1）固溶强化，提高强度硬度。2）提高淬透性3）细化珠光体4）降低韧-脆转变温度5）提高钢在高温下的耐氧化性 6. 钢液净化

高锰钢（ZGMn13

高锰钢的特点：

高锰钢是一种耐冲击的抗磨钢；具有一单一奥氏体组织；具有表面加工硬化现象；内部韧性好。

不锈钢的化学成分、组织和分类

１. Cr：主要成分。

２. C：作用：稳定奥氏体，提高强度；与Cr形成一系列复杂化合物，降低含Cr量（Cr23C6、Cr7C3等）。

３.Ni：作用：高化学稳定性，提高耐蚀性（不易氧化，不易与S、Cl结合）；提高固溶体电极电位；扩大奥氏体区。

提高铸造不锈钢性能的途径１.加入足够量的Cr（＞１３％）２. 尽量降低含碳量３.加入Ni，增大溶碳能力４.加入Ti 、Nb（稳定化元素），与碳结合5.固溶处理(水淬)氧化法炼钢工艺过程包括：补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢。

熔化期

1.任务

（1）将固体炉料融化成钢液。（2）及早造一定碱度的渣。作用：早期去磷；防止钢液吸气、元素挥发。（3）提高钢液温度，为氧化期作准备。

2.过程

起弧熔化、“穿井”、“塌料”、熔化终期。

3.注意问题

熔化末期应放掉大部分炉渣，另造新渣。

氧化期

1. 任务：（1）进一步脱磷；（2）去除钢液中的气体和夹杂物；（3）提高钢液温度。

2. 过程

（1）造渣脱磷；（2）氧化脱碳，沸腾精炼。

还原期

1. 任务（1）脱氧；2）脱硫；（3）调整化学成分；（4）调整钢液温度。

2. 过程

（1）预脱氧：扒除氧化渣后，加入锰铁，快速去除FeO。

铸造铝合金的分类

Al-Si类；Al-Cu类；Al-Zn类；Al-Mg类。

Al-Si二元合金相

图及组织

1. 相图分析注：室温下平衡组织：α+βα-硅溶入铝中形成的固溶体，也称（Al）相；β-铝溶入硅中形成的固溶体，也称（Si）相；

共晶硅：共晶体中的β相。特点：铸态下未变质时呈粗大针条状。

初晶硅:过共晶组织出现的初晶β相。特点：铸态下未变质时呈粗大多角形块状。

2）金相组织：

亚共晶：α+（α+β）

共晶：（α+ β）

过共晶：β+（α+ β）

典型的Al-Si二元合金—ZL102（ZAlSi12）

1.成分:含Si量10%-12%，其余为Al。

2.组织：

未变质：（α+ β）+ β（少量）。特征：共晶硅呈粗大针条状，初晶硅呈多角形块状。

变质后：α（树枝状）+ （α+ β）。特征：初晶硅消失，共晶体显著细化，出现了树枝状初晶α。

注：ZL102必须变质后使用；

变质前后组织差别很大，从过共晶转变为亚共晶，组织明显细化。

铝铸件的热处理热处理目的

1. 提高铝铸件的综合力学性能；

2. 消除偏析和针状组织；

3. 改善组织和性能；

4. 稳定铝铸件的组织和尺寸；

5. 消除铸造应力

各类铸造铜合金的主要特点

1.铸造锡青铜

耐磨性好；较好的耐蚀性；力学性能不高；铸造性能较差（易产生枝晶偏析）；成本较高（含锡）。

2.铸造铝青铜

很高的力学性能；良好的耐蚀性、耐磨性、气密性；铸造性能好；易氧化；用于制造高强度铸件。

3.铸造铅青铜

很高的耐磨性；良好的耐蚀性；易切削；力学性能不高；铸造性能差。

4.铸造黄铜

较好的力学性能和耐蚀性；良好的铸造性能和气密性；熔铸工艺性较好。

反偏析严重（锡青铜特有的现象）

反偏析：由铸件内部到铸件表面低熔点组元逐渐增加的现象（先凝固部位低熔点组元含量高，而后凝固部位低熔点组元含量少）。

（1）反偏析的表现:加工后表面常出现一些灰白色小点；严重时铸件表面会渗出灰白色颗粒（富锡分泌物），俗称“锡汗”。

（2）出现反偏析的原因：由于锡青铜结晶温度范围宽，枝晶发达，开始结晶后，低熔点的锡被偏析到枝晶间隙中，随着结晶过程的进行，当合金含气量高时，会有气体析出，使内部压力升高。另外，凝固收缩，也将产生收缩压力。在这两种压力作用下，低熔点的富锡液体被沿着枝晶间隙挤到铸件表面凝固，并析出坚硬的δ相。

（3）反偏析造成的影响：成分不均匀；力学性能降低；组织更疏松；切削加工性能恶化。

（4）防止反偏析的措施

加快冷却速度；加锌，缩小结晶温度范围；提高冶炼过程除气精炼的质量，减少合金含气量；降低浇注温度。

缓冷脆性

1.原因：缓慢冷却时，β相发生分解，（α+γ2）共析体数量增加，γ2相呈网

状在α相晶上析出，使合金脆性增大。注：缓冷脆性是锡青铜特有的一种缺陷。

2.避免缓冷脆性的措施

（1）提高冷却速度，使β—β1（520℃，有序化转变）；β1—β’（325℃，马氏体无扩散转变）。2）加入铁、锰等合金元素，稳定β相。（3）加入镍，扩大α区，不产生β相。

含镍铝青铜镍的作用（1）防止“缓冷脆性”；（2）提高耐蚀性。

原因：含镍量3%-4%时，可避免γ2甚至β相出现。

结晶度测试方法及研究意义

高分子结晶度的分析方法研究进展 ……专业聂荣健学号：……指导老师：…… 摘要：综述聚合物结晶度的测定方法，包括：差示扫描量热法；广角X衍射法；密度法；红外光谱法；反气相色谱法等，并对不同方法测定结晶度进行分析比较 , 同时对结晶度现代分析技术的发展作出展望。 关键词：结晶度；测试方法；分析比较

引言 高分子材料是以聚合物为主体的多组分复杂体系 , 由于具有很好的弹性、塑性及一定的强度，因此有多种加工形式及稳定的使用性能。由于聚合物自身结构的千变万化 , 带来了性能上的千差万别，正是这一特点 , 使得高分子材料应用十分广泛，已成为当今相当重要的一类新型材料[1]。 结晶度是表征聚合物性质的重要参数，聚合物的一些物理性能和机械性能与其有着密切的关系。结晶度愈大，尺寸稳定性愈好，其强度、硬度、刚度愈高；同时耐热性和耐化学性也愈好，但与链运动有关的性能如弹性、断裂伸长、抗冲击强度、溶胀度等降低。因而高分子材料结晶度的准确测定和描述对认识这种材料是很关键的。所以有必要对各种测试结晶度的方法做一总结和对比[2]。 1.结晶度定义 结晶度是高聚物中晶区部分所占的质量分数或体积分数 . ( )%100*W Wc Xc = 式中 : W ———高聚物样品的总质量 ; W c ———高聚物样品结晶部分的质量 结晶度的概念虽然沿用了很久，但是由于高聚物的晶区与非晶区的界限不明确，有时会有很大出入。下表给出了用不同方法测得的结晶度数据，可以看到，不同方法得到的数据的差别超过测量的误差。因此，指出某种聚合物的结晶度时，通常必须具体说明测量方法。 表1.1用不同方法测得的结晶度比较 结晶度（%） 方法 纤维素（棉花） 未拉伸涤纶 拉伸过的涤 纶 低压聚乙烯 高压聚乙烯 密度法 60 20 20 77 55 X 射线衍射法 80 29 2 78 57 红外光谱法 -- 61 59 76 53 水解法 93 -- -- -- -- 甲酰化法 87 -- -- -- -- 氘交换法 56 -- -- -- --

结晶实验

实验报告 课程名称：材料科学基础实验方法成绩： 实验名称：盐类结晶过程及晶体生长形态的观察批阅人： 实验时间：2010.12.2实验地点：x5411报告完成时间：2010.12.17姓名：黄静学号：20095057班级：09材料六班同组实验者：指导教师： 一、实验目的 1）通过观察盐类的结晶过程，掌握晶体结晶的基本规律及特点。2）熟悉晶体生长形态及不同结晶条件对晶粒大小的影响。 3）掌握冷却速度与过冷度的关系。 二、实验内容 1）结晶过程及晶体生长形态观察 将质量分数为25%~30%氯化铵水溶液，加热到80~90℃，观察在下列条件下的结晶过程及晶体生长形态。 1）将溶液倒入培养皿中空冷结晶。 2）将溶液滴在玻璃片上，在生物显微镜下空冷结晶。 3）将溶液倒入小烧杯中空冷结晶。 4）将溶液滴入是观众空冷结晶。 5）在培养皿中撒入少许氢化氨粉末并空冷结晶。 6）将培养皿、试管置于冰块上结晶。

2）胞状晶形貌观察。（条件不允许，未操作） 将Sn-0.05%Pb合金加热融化，升温至550℃，浇入到100℃的金属型中，待其凝固短时间（约3s）后，将剩余液体倒掉，选取较平整的一小块液固界面，在显微镜下观察，即可看出胞状界面。 三、主要仪器设备： 1）配置好的质量分数为25%~30%氯化铵水溶液。 2）培养皿、小烧杯、试管、氯化铵粉末、冰块。 3）电炉、温度计。 4）生物显微镜。 5）Sn粉、Pb粉、天平、实验炉、坩埚、金属型、金属显微镜。 四、实验过程与结果记录： 在载玻片上滴上热的饱和的氯化铵溶液，空冷结晶，并用金相显微镜观察。 五、实验结果分析与讨论 画出氯化铵水溶液在空气中冷却的结晶过程示意图，并加以说明。 1.氯化铵结晶示意图：

x射线测结晶度和晶粒尺寸

X 射线测结晶度和晶粒尺寸 一、实验目的 1、利用X 射线衍射仪测结晶度及其计算方法； 2、掌握晶粒尺寸的计算方法和测试方法。 二、实验原理 X 射线衍射法的理论依据是：由N 个原子所产生的总得相干散射强度是一个常数，而与这些原子相互间排列的有序程度无关。假设为两相结构，总相干散射强度等于晶区与非晶区相干散射强度之和。即 ds s I s ds S I s ds s I s a C )()()(222???+= (1) (1)式中I c 和I a 分别为晶相和非晶相的相干散射强度，设总原子数为N ，则 N=N c +N a ，N c 、N a 分别为晶相和非晶相的原子数，于是，结晶度Xc 等于: ???+=+=002202)()()(ds s I s ds s I s ds s I s N N N X a c c a C C C )(p q k kA A A qA pA pA a c c a c c =+=+= (2) 式中Ac 、Aa 分别为衍射曲线下，晶体衍射峰面积和无定形峰面积。P 、q 为各自的比例系数。在进行相对比较时也可以认为K=1，则： %100?+=a c c c A A A X （3） 因此，只要设法将衍射曲线下所包含的面积分离为晶区衍射贡献和非结晶区相干散射的贡献，便可利用（3）式计算结晶度。 按照两相结构理论，高聚物由晶相与非晶相所组成。高聚物X 射线衍射谱图由晶区衍射峰与非晶区散射峰叠加构成。从叠加谱中划分出晶区衍射贡献，计算结晶度是有一定困难的。 Challa 做了两个假设（1）样品中非晶散射曲线与完全无定形样品散射谱相同。（2）指定某两相邻晶峰之间的峰谷为非晶散射强度，按相对高度法划定两相贡献的分界线。这一方法所得结晶度值偏低，主要是由于将部分微晶衍射及晶格畸变宽化划归非晶散射所致。完全无定形样品的制备在一

各种结晶过程分析通用版

安全管理编号：YTO-FS-PD273 各种结晶过程分析通用版 In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards

各种结晶过程分析通用版 使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 一、冷却结晶 冷却结晶法基本上不去除溶剂，溶液的过饱和度系借助冷却获得，故适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系，如KNOs、NaNOs、MgSO‘等。 冷却的方法可分为自然冷却、间壁冷却或直接接触冷却3种。自然冷却是使溶液在大气中冷却而结晶，其设备构造及操作均较简单，但由于冷却缓慢，生产能力低，不易控制产品质量，在较大规模的生产中已不被采用。间壁冷却是广泛应用的工业结晶方法，与其他结晶方法相比所消耗的能量较少，但由于冷却传热面上常有晶体析出(晶垢)，使传热系数下降，冷却传热速率较低，甚至影响生产的正常进行，故一般多用在产量较小的场合，或生产规模虽较大但用其他结晶方法不经济的场合。直接接触冷却法是以空气或与溶液不互溶的碳氢化合物或专用的液态物质为冷却剂与溶液直接接触而冷却，冷却剂在冷却过程中则被汽化的方法。直接接触冷却法有效地克服了间壁冷却的缺点，传热效率高，没有晶垢问题，但设备体积较大。

结晶及晶体生长形态的观察

结晶及晶体生长形态的观察 一、实验目的 1. 认识结晶的基本过程及实验原理。 2. 了解结晶是混合物分离的常用方法。 3. 认识水溶液的溶解度与结晶。 4. 认识晶体形态与所属晶系的关系。 二、实验原理 晶体具有规则的几何外形而固体不一定有。晶体属于固体，而固体不一定是晶体。 溶质以晶体的形式从溶液中析出的过程叫做结晶。只有在那个温度下，溶液已不能继续溶解这些晶体时，晶体才会析出。或者说，析出晶体时的溶液，肯定是该温度下这种晶体的饱和溶液。 定温定压时，饱和溶液中所含溶质的量，称为该溶质在该温度、压力下的溶解度。 在一定量的水中一定的温度下，所能溶解的溶质量是有限的，溶质在水中无法继续溶解时，多余的溶质便沉在杯底，即使经过搅拌也无法令更多的溶质溶解。此时杯中水溶液所能溶解的溶质已达最大量，称之为“饱和溶液”。 溶剂中所能溶解的溶质未达最大量，此时 的溶液称之为“未饱和溶液”，如果再继续加入 少许溶质时，固体溶质会继续溶解。 利用较高温度配置溶液达到饱和后，再降 低温度，水溶液在高温中溶解度较高，一旦降 温后溶解度也降低，但溶质的量不减，因此， 水溶液的浓度大于最大溶解度，此时的溶液称 为“过饱和溶液”。过饱和溶液是一种不稳定状 态，过量的溶质会伺机结晶析出而成为饱和溶 液。 图1.几种典型盐的溶解度曲线利用物质在水溶液中的溶解度对温度变化的差异，将水溶液加热后配置成饱和水溶液，再将温热的饱和水溶液与过剩的溶质经由过滤分离后，当水溶液温度降低时即成为过饱和水溶液，过剩的溶质会结晶析出形成晶体。

由上图可以看出，结晶有两种方法：一为蒸发溶剂结晶（如食盐溶解度受温度影响小的物质），二为冷却热饱和溶液（如硝酸钾溶解度受温度影响大的物质）。 ①蒸发结晶—温度不变溶剂减少。②降温结晶—溶剂不变温度降低。 利用结晶可以分离部分水溶性物质，①对溶解度受温度变化影响不大的固体溶液，一般用蒸发溶剂的方法得到晶体(即蒸发结晶)，达到分离目的。②对溶解度受温度变化影响相当大的固体溶质，一般采用冷却其热饱和溶液的方法得到晶体(即降温结晶)，达到分离目的。 从微粒运动的观点看，溶解是溶质微粒离开溶质表面向溶剂里分散的过程；结晶是分散在溶液里的溶质微粒向溶质表面聚集的过程。显然，溶解和结晶是相反的两个过程。 当溶质开始溶解时，单位时间里从固体溶质表面扩散到溶剂里的微粒数目，比回到固体溶质表面的溶质微粒数目多，固体溶质不断减少。随着溶解的进行，溶液中溶质微粒数目逐渐增加，由溶液里回到固体溶质表面的溶质微粒数目也不断增加，溶质溶解的速率逐渐减小，而溶质结晶的速率却逐渐增大。当单位时间里扩散到溶液里的溶质微粒数目，与回到溶质表面的溶质微粒数目相等时，也就是溶质溶解的速率与溶质结晶的速率相等时，溶解过程与结晶过程达到了平衡。这两个同时进行的相反过程是可逆的，通常用“ ”表示。 固体溶质溶液里的溶质 这时，可以看成溶质不再溶解，也不再结晶。但实际上，溶解和结晶都仍在进行。这时的溶液就是我们前面所说的饱和溶液。能溶解在水里的物质，不能无限制地溶解的原因就是因为存在这个平衡。 当外界条件改变（如饱和溶液冷却或蒸发溶剂）时，溶解和结晶的速率也要相应地改变，便会有晶体析出等现象发生。 结晶体种类五花八门，我们之所以要选择硫酸铜作为试验的观察物质，是因为硫酸铜结晶容易、颜色艳丽、晶体形状漂亮有如蓝宝石，所以我们采用硫酸铜和明矾结晶作为试验对象。硫酸铜结晶---宝蓝色菱形晶体。明矾结晶-八面体。

XRD结晶度数据分析

Jade 专题讲座－结晶度计算 宽角X射线衍射数据结晶度分析 小木虫出品 Bloveocean原创 2007-3-27

宽角X射线衍射数据结晶度分析 1、调出数据及图。 2、平滑曲线：点击 “BG”，出窗口框。 ②下移“”，选“Line Fit”。 ③在“ooooooo”中点击右2位使呈“⊙”，即基本上 为照顾谱线两边位。 ④点击“Apply”。 ⑤调整基线使与谱线两边位相切： a、点击取消2个“√”，使仪器作非自动调节。 b、点击各“ ，在图上显示峰位，如未全部显示，用 1次，屏幕上显示文字：L-click to Move or Add, R-click to Erase;Ctrl Drag Up/Dn toAlter FWHM, Drag left/Right to skew. ③、键入无定形峰：pp的无定形峰因试样状态（历史）而略有不同，一般在16-17（2θ）之间， 故设定其2T=16.5o。 a、左手按住键盘上的“ctrl”键，右手按住鼠标左键，移动“+”至2T=16.5o处时放开按 键，在该处定位加入一个新峰。 b、用“↖”对准新加的峰位，左手按住键盘上的“ctrl”键，右手按住鼠标左键，上下 左右移动“”符号，至无定形峰左、右端与实验谱线在低、高θ（2T）端相切→放开 双键，完成无定形峰的初步设定。 ④、结晶峰分峰：右手按住鼠标左键，用“+”符点击各结晶峰中心线及适当高度，分出形、 高大约与原始峰相似的各独立新结晶峰。

⑤、用鼠标右击

8、点击“Print”打出报告。 * 每次“Refine”后应检查无定形峰状态：有时计算机会把低于16.5°峰高的小峰均改为无定形峰。应把除16.5°外的无定形峰认定标记点击除去（即消去列前的“√”），结晶度会自动更正。如此“Refine”至结晶度值稳定。消除多余的“√”后直接“Print”打出报告或者“copy” 报告即可。

结晶过程机理分析

编号：SM-ZD-11262 结晶过程机理分析 Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制：____________________ 审核：____________________ 批准：____________________ 本文档下载后可任意修改

结晶过程机理分析 简介：该方案资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划，达成上下级或不同的人员 之间形成统一的行动方针，明确执行目标，工作内容，执行方式，执行进度，从而使整 体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅 读内容。 (1)结晶在固体物质溶解的同时，溶液中还进行着一个相反的过程，即已溶解的溶质粒子撞击到固体溶质表面时，又重新变成固体而从溶剂中析出，这个过程称为结晶。 (2)晶体晶体是化学组成均一的固体，组成它的分子(原子或离子)在空间格架的结点上对称排列，形成有规则的结构。 (3)晶系和晶格构成晶体的微观粒子(分子、原子或离子)按一定的几何规则排列，由此形成的最小单元称为晶格。晶体可按晶格空间结构的区别分为不同的晶系。同一种物质在不同的条件下可形成不同的晶系，或为两种晶系的混合物。例如，熔融的硝酸铵在冷却过程中可由立方晶系变成斜棱晶系、长方晶系等。 微观粒子的规则排列可以按不同方向发展，即各晶面以不同的速率生长，从而形成不同外形的晶体，这种习性以及

实验五结晶过程的观察

实验五结晶过程的观察 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

实验五结晶过程的观察 一、实验目的 1．观察透明盐类的结晶过程及其晶体组织特征。为理解、掌握金属的结晶理论建立感性认识。 2．观察具有枝晶组织的金相照片及其有枝晶特征的铸件或铸锭表面，建立金属晶体以树枝状形态成长的直观概念。 二、实验设备及材料 1．带CCD的生物显微镜；2．投影仪；3. 接近饱和的氯化铵或硝酸铅水溶液（由实验室预先配制好）；4．干净玻璃片、吸管；5．电炉或电吹风；6．有枝晶组织的金相照片；7．有枝晶的金属铸件实物。 三、实验原理 晶体物质由液态凝固为固态的过程称结晶。结晶过程亦为原子呈规则排列的过程，包括形核和核长大两个基本过程。 由于液态金属的结晶过程难以直接观察，而盐类亦是晶体物质，其溶液的结晶过程和金属很相似，区别仅在于盐类是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱和而结晶，金属则主要依靠过冷，故完全可通过观察透明盐类溶液的结晶过程来了解金属的结晶过程。

图5－1 结晶过程三个阶段形成的三个区域 a) 最外层的等轴细晶粒区(100×) b)次层粗大柱状晶区(100×) c)中心杂乱的树枝状晶区(100×) 在玻璃片上滴一滴接近饱和的氯化铵（NH4Cl）或硝酸铅[Pb(NO3)2]水溶液，随着水分蒸发，溶液逐渐变浓而达到饱和，继而开始结晶。我们可观察到其结晶大致可分为三个阶段：第一阶段开始于液滴边缘，因该处最薄，蒸发最快，易于形核，故产生大量晶核而先形成一圈细小的等轴晶（如图5-la 所示），接着形成较粗大的柱状晶（如图5-1b所示）。因液滴的饱和程序是由外向里，故位向利于生长的等轴晶得以继续长大，形成伸向中心的柱状晶。第三阶段是在液滴中心形成杂乱的树枝状晶，且枝晶间有许多空隙（如图5-1c 所示）。这是因液滴已越来越

聚合物密度和结晶度的测定

聚合物密度和结晶度的测定 聚合物密度和结晶度的测定一、实验目的 1. 掌握密度计测定聚合物密度和结晶度的基本原理。 2. 用密度计测定聚合物的密度，并由密度计算结晶度。二、实验原理 聚合物密度是聚合物物理性质的一个重要指标，是判断聚合物产物、指导成型加工和探索聚集态结构与性能之间关系的一个重要数据。对于结晶性聚合物，常用结晶度表征内部结构规则程度，而密度与结晶度有密切的关系。因此，可通过聚合物密度和结晶度的测定来研究结构状态，进而控制材料的性质。 密度天平利用阿基米德原理测定物质的密度，可测固体、液体、浮体、颗粒、粉末、粘稠体、海棉体，具有操作简单、直接的优点。 结晶性聚合物都是部分结晶的，即晶区和非晶区共存。而晶区和非晶区的密度不同。因此，同一聚合物由于结晶度不同，样品的密度不同。如采用两相结合模型，并假定比容(密度的倒数)具有加和性，即结晶性聚合物的比容等于晶区和非晶区比容的线性加和，则有: 111 (公式 1) ，，,f，1,fcc ,,, ca 式中，fc为结晶度，ρc为晶区密度，ρa为非晶区密度 则从测得的聚合物试样密度可计算出结晶度: ,,,,，，caf,，100%c (公式 2) ，，,,,,ca 三、实验仪器及试剂 实验仪器:密度天平(型号AND EK-300iD，产地:日本) 实验试剂:锡粒、聚氯乙烯板。高密度聚乙烯(粒料) 四、实验步骤

(一)聚合物密度测定: 1. 按电源键打开密度天平。 2. 观察密度天平的示数，若不为零，按“RE-ZERO”清零。 3. 将准备好的样品置于密度天平顶部称量处，示数稳定后按“SAMPLE”键。此时屏幕上端显示“LO”。 4. 将样品小心的置于密度天平内部，带示数稳定后按SAMPLE” 键。此时屏幕上端显示的数值即为样品的密度。 (二)结晶度的计算: 从文献查得: 聚乙烯的晶区密度、非晶区密度，根据公式 2 计算结晶度。 五、注意点 一定要熟读仪器说明书，没有疑问后，才开始操作仪器～～一，内容: a,通过密度天平测量三种物质的密度:锡粒(?99.9%)、矩形的PVC板、HDPE(粒料)。 b,通过液体比重天平测量参考液-----一次蒸馏水的密度。 c,密度的测量，至少测两次以上，后取平均值。 d,样品在空气中的质量、在参考液中的质量也要记录下来---------- 做实验报告时，根据实际测得的参考液密度，通过公式来计算出样品密度。 e, 矩形的PVC板可以用游标卡尺量出长、宽、高后，计算出体积，从而算出其密度。 二，仪器: (1)密度天平 a,我们实验室的密度天平是用来测量固体密度的--------虽然它可以固液两测，但我们并没有测量液体密度的配件。b,“上秤盘”指的是水槽的最上方的有机玻璃。 c,实验完成后，请将铁秤盘、铁网球用电吹风吹至干燥-----------

DSC测定结晶度

结晶度的测定 对于结晶聚合物，用DSC(DTA)测定其结晶熔融时，得到的熔融峰曲线和基线所包围的面积，可直接换算成热量。此热量是聚合物中结晶部分的熔融热△H f。聚合物熔融热与其结晶度成正比,结晶度越高,熔融热越大．如果已知某聚合物百分之百结晶时的熔融热为△H f*，那么部分结晶聚合物的结晶度θ可按下式计算： 式中θ为结晶度(单位用百分表示)，△H f是试样的熔融热，△H f*为该聚合物结晶度达到100%时的熔融热. △H f可用DSC(DTA)测定，△H f*可用三个方法求得： (1)取100密结晶度的试样，用Dsc(DTA)测其溶融热，即AH2． (2)取一组已知结晶度的试样(其结晶度用其他方法测定，如用密度梯度法，X射线衍射法等)，用DSC(DTA)测定其熔融热，作结晶度对熔融热的关系图，外推到结晶度为100%时，对应的熔融热△H f*．此法求得的高密度聚乙烯的△H f*＝125.9 J/g，聚四氟乙烯的△ H f*=28.0J/g。 (3)采用一个模拟物的熔融热来代表△H f*．例如为了求聚乙烯的结晶度，可选择正三十二碳烷的熔融热作为完全结晶聚乙烯的熔融热，则 必须提出，测定时影响DSC(DTA)曲线的因素，除聚合物的组成和结内外，还有晶格缺陷、结晶变态共存、不同分子结晶的共存、混晶共存、再结晶、过热、热分解、氧化、吸湿以及热处理、力学作用等，为了得到正确的结果，应予分析． 利用等速降温结晶热△H c，还可计算结晶性线型均聚物的分子量．其计算依据一是过冷度(T m一T c)，过冷度超大，结晶速率越快。二是分子量，在一定范围内，分子量越大，分子链的迁移越困难，结晶速率越慢．如用规定的降温速率使过冷度保持一定，则结晶速率就是某一试样在该速率下能结晶的量(以结晶时放出的热量表示)．1973年T. Suwa等研究了聚四氟乙烯(PTFE)的结晶和焙融行为，发现聚合物熔体的结晶热与它的分子量密切相关，并求得聚四氟乙烯的数均分子量M n与结晶热△H c之间的关系为 试验的分子量范围在5.2×105—4.5×107之间．这一关系为不溶不熔的聚四氟乙烯分子量的测定提供了非常方便的方法． 70年代后，DSC的发展为用量热法研究结晶聚合物的等温结晶动力学创造了条件，因为结晶量可用放热量来记录，因此就可分析结晶速度． 描述等温下结晶总速率变化的动力学关系式是众所周知的A v r ami-Erofeev方程，即 式中θ为结晶度，z为结晶速率常数，t为结晶时间，n是表征成核及其生长方式的整数。如应用热响应快的DSC曲线，将熔融状态的试样冷却到熔点以下某个温度，并在恒温下测定其结晶速率，则dH/dt随时间变化的曲线如图1.44(a)所示．

结晶原理及操作

结晶原理及操作 1、定义：利用被提纯物质与杂质在同一种溶剂中溶解性能的显著差异，而将它们分离的操作称为重结晶。 从自然界提取或通过有机化学反应合成得到的固体有机化合物，常常含有少量的杂质，除去杂质最有效的方法就是用适当的溶剂进行重结晶，它是提纯固体有机物最常用的方法。大多数的固体有机物在溶剂中的溶解度随着温度的升高而增大，随温度的降低而减小，重结晶就是利用这个原理，使有机物在热溶剂中溶解，制成接近饱和的热溶液，趁热过滤，除去不溶性（在溶剂中溶解度很小）的杂质，再将溶液冷却，让有机物重新结晶析出，与可溶于冷溶剂（在溶剂中的溶解度很大）的杂质分离，这就是重结晶操作，经过一次或多次重结晶操作，可以大大提高固体有机物的纯度。 重结晶的一般过程为： 选择合适的溶剂→溶解固体有机物制热饱和溶液→热滤、脱色除去杂质→冷却、析出晶体→抽滤→洗涤→干燥。 2、基本操作： （1）选择溶剂：选择适合的溶剂是重结晶的关键之一， 适宜的溶剂必须符合以下几个条件： a、与被提纯的有机物不起化学反应； b、被提纯的有机物在该溶剂中的溶解度随温度变化显 著，在热溶剂中溶解度大，在冷溶剂中溶解度小； c、杂质的溶解度很大（被提纯物成晶体析出时，杂质仍留在母液中）或很小（被提纯物溶解在溶剂中而杂质不溶，借热滤除去）； d、溶剂的沸点适中，沸点过低，被提纯物在其中溶解度变化不大；过高时，附着于晶体表面的溶剂难以经干燥除去； e、价廉易得、毒性低、容易回收。 选择溶剂时应根据“相似相溶”原理，溶质一般易溶于与其结构相似的溶剂中。极性溶剂溶解极性固体，非极性溶剂溶解非极性固体。具体选择可通过查阅有关化学手册，也可以通过实验来确定。 （2）固体溶解： 待提纯固体有机物的溶解一般在锥形瓶或圆底烧瓶等细口容器中进行，一般不在烧杯等广口容器中进行，因为在锥形瓶中瓶口较小，溶剂不易挥发，又便于振荡。溶解时先将待提纯的固体有机物放入锥形瓶中，加入比理论计算量略少的溶剂（因为含有杂质，溶解时需要的溶剂量少些），加热至微沸，振荡，若有固体未溶解，再加入少量溶剂，继续加热振荡，至瓶中固体不再溶解（当含有不溶性杂质时，添加足够量的溶剂杂质依然不溶。）或全溶（不含不溶性杂质）为止，最后再多加计算量20%的溶剂（将溶液稀释，防止热滤时由于溶剂的挥发和温度的下降导致晶体析出），振荡，制成热的近饱和溶液。 （3）除去杂质 a、脱色：若热溶液有色，说明其中有有色杂质，可利用活性炭进行脱色处理，除去有色杂质。 脱色操作： 将沸腾的溶液稍冷后，加入活性炭加热煮沸几分钟，然后趁热过滤，除去活 性炭，得到无色溶液。

2020年实验五 结晶过程的观察

作者：败转头 作品编号44122544：GL568877444633106633215458 时间：2020.12.13 实验五结晶过程的观察 一、实验目的 1．观察透明盐类的结晶过程及其晶体组织特征。为理解、掌握金属的结晶理论建立感性认识。 2．观察具有枝晶组织的金相照片及其有枝晶特征的铸件或铸锭表面，建立金属晶体以树枝状形态成长的直观概念。 二、实验设备及材料 1．带CCD的生物显微镜；2．投影仪；3. 接近饱和的氯化铵或硝酸铅水溶液（由实验室预先配制好）；4．干净玻璃片、吸管；5．电炉或电吹风；6．有枝晶组织的金相照片；7．有枝晶的金属铸件实物。 三、实验原理 晶体物质由液态凝固为固态的过程称结晶。结晶过程亦为原子呈规则排列的过程，包括形核和核长大两个基本过程。 由于液态金属的结晶过程难以直接观察，而盐类亦是晶体物质，其溶液的结晶过程和金属很相似，区别仅在于盐类是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱和而结晶，金属则主要依靠过冷，故完全可通过观察透明盐类溶液的结晶过程来了解金属的结晶过程。

图5－1 结晶过程三个阶段形成的三个区域 a) 最外层的等轴细晶粒区(100×) b)次层粗大柱状晶区(100×) c)中心杂乱的树枝状晶区(100×) 在玻璃片上滴一滴接近饱和的氯化铵（NH4Cl）或硝酸铅[Pb(NO3)2]水溶液，随着水分蒸发，溶液逐渐变浓而达到饱和，继而开始结晶。我们可观察到其结晶大致可分为三个阶段：第一阶段开始于液滴边缘，因该处最薄，蒸发最快，易于形核，故产生大量晶核而先形成一圈细小的等轴晶（如图5-la 所示），接着形成较粗大的柱状晶（如图5-1b所示）。因液滴的饱和程序是由外向里，故位向利于生长的等轴晶得以继续长大，形成伸向中心的柱状晶。第三阶段是在液滴中心形成杂乱的树枝状晶，且枝晶间有许多空隙（如图5-1c 所示）。这是因液滴已越来越薄，蒸发较快，晶核亦易形成，然而由于已无充足的溶液补充，结晶出的晶体填不满枝晶间的空隙，从而能观察到明显的枝晶。 实际金属结晶时，一般均按树枝状方式长大（如图5-2 所示）。但若冷速小，

测结晶度与晶粒尺寸

利用X 射线衍射仪测定涤纶长丝的结晶度及晶粒尺寸 一、实验目的 1、了解纤维样品的制样方法； 2、学会利用计算机分峰法计算涤纶长丝的结晶度及利用Scherrer 公式计算晶粒尺寸。 二、实验原理 1、结晶度计算公式及“分峰”原理 X 射线衍射法的理论依据是：由N 个原子所产生的总的相干散射强度是一个常数，而与这些原子相互间排列的有序程度无关。假设为两相结构，总相干散射强度等于晶区与非晶区相干散射强度之和。即 ds s I s ds S I s ds s I s a C )()()(222???+= (1) 式中I c 和I a 分别为晶相和非晶相的相干散射强度，设总原子数为N ，则 N=N c +N a ，N c 、N a 分别为晶相和非晶相的原子数，于是，结晶度Xc 等于： ???+=+=002202)()()(ds s I s ds s I s ds s I s N N N X a c c a C C C )(p q k kA A A qA pA pA a c c a c c =+=+= (2) 式中Ac 、Aa 分别为衍射曲线下，晶体衍射峰面积和无定形峰面积。p 、q 为各自的比例系数。在进行相对比较时也可以认为K=1，则： %100?+=a c c c A A A X （3） 因此，只要设法将衍射曲线下所包含的面积分离为晶区衍射贡献（A C ）和非结晶区相干散射的贡献(A α)，便可利用（3）式计算结晶度。上述过程常称之为“分峰”（即将结晶衍射峰与无定形衍射峰分开）。 2、Scherrer 公式计算晶粒尺寸 根据X 射线衍射理论，在晶粒尺寸小于100nm 时，随晶粒尺寸的变小衍射峰宽变化得显著，考虑样品的吸收效应及结构对衍射线型的影响，样品晶粒尺寸

结晶过程的观察

结晶过程的观察 一、实验目的 1．通过观察透明盐类的结晶过程及其晶体组织特征，为理解、掌握金属的结晶理论建立感性认识。 2．通过观察具有枝晶组织的金相照片及其有枝晶特征的铸件或铸锭表面，建立金属晶体以树枝状形态成长的直观概念。 二、设备仪器 1．生物显微镜； 2．接近饱和的氯化铵或硝酸铅水溶液（由实验室预先配制好）； 3．干净玻璃片、吸管； 4．电炉或电吹风； 5．有枝晶组织的金相照片。 6．有枝晶的金属铸件（锭）实物。 三、生物显微镜构造及工作原理 （一）显微镜的基本结构 显微镜是实验室中最常用的仪器。我们要了解它的基本结构，并学会使用显微镜的方法。 显微镜的中部有一弯曲的柄，称镜臂；基部有一马蹄形部分，是镜座。自柜中取用时，用右手握紧镜臂，左手托住镜座，保持镜体直立，轻轻放置于桌上，观察各部构造。 镜座上的短柱叫镜柱。镜臂基部有一个方形或圆形的平台，是载物台（或称镜台）。台的中央有一圆孔，可通过光线。两侧有压片夹，用以固定玻片标本。现代的显微镜具镜台X-Y驱动器，用以固定和移动玻片标本。在圆孔的下面，有由一片或数片透镜所组成的聚光器，有集射光线于物体的作用。在聚光器下方有反光镜，可将光线反射至聚光器。此镜一面平，一面凹。凹面具有较强的反光性，多用于光线较暗的情况下；光线较强时用平面镜即可。电子显微镜的光源来源于内光源，位于镜座靠后方。镜座右侧臂有调节螺旋，可以前后调节改变光线的强弱。光线较强适于观察色深的物体；光线较弱适于观察透明（或无色）的物体。 在载物台的圆孔上方，有一附于镜柄上端的圆筒称为镜筒，其上下两端附有镜头。现代

的显微镜一般有两个镜筒。两镜筒之间的距离，可按观察者双目的的距离调节。 镜筒上端为接目镜（或称目镜），可从镜筒内抽出。接目镜有低倍和高倍之分。 在镜筒下端有可放置的圆盘叫旋转器，下面附有2～4个接物镜（或称物镜）以螺旋旋入旋转器内。接物镜也有低倍和高倍之分。转动旋转器可换用接物镜。 在镜臂上有两组螺旋。大的叫粗调焦器，小的叫细调焦器。现代的显微镜粗、细调焦器常组合在一起，外周粗的螺旋为粗调焦器，小的叫细调焦器。用调焦器调焦点。粗调焦器升降镜筒较快，用于低倍镜调焦；细调焦器升降镜筒较慢，用于高倍镜调焦。 接物镜有低倍和高倍之分。较短的是低倍，一般放大10倍（10×）；较长的是高倍，一般放大40倍（40×）、油物镜放大100倍（100×）。接目镜也有高低倍之分，较长的是低倍，一般放大5倍（5×）或6倍（6×），较短的是高倍，一般放大10倍（10×）、12倍（12×）或15倍（15×）。 显微镜的总放大倍数是接目镜的放大倍数与接物镜放大倍数的乘积。例如，作用5×接目镜与10×接物镜，则总放大倍数是50倍。使用10×接目镜与40×接物镜，则总放大倍数是400倍。 （二）显微镜的使用方法 1．光线的调节：使用显微镜时，应使镜臂向着自己（现代显微镜使镜臂反向对着自己），摆好显微镜，平放在实验台上。转动粗调焦器，把镜筒向上提起。转动旋转器，使低倍接物镜对准载物台的圆孔。二者相距约2cm左右，打开光源按钮，向前向后移动按钮，两眼对着双筒接目镜观察，调节光线的强弱至适宜强度。 2．低倍镜的使用：将需观察的标本装片放在载物台上，使标本正对中央圆孔。用玻片夹固定。俯首侧视接物镜，并顺时针方向旋动粗调焦螺旋，使载物台上升到装片与接物镜约厘米处。危重双眼全睁自目镜观察，并向逆时针方向慢慢地转动粗调焦螺旋，使载物台下降至能见到物像为止。为使见到的物像更清晰，再来回转动细调焦螺旋。 3．高倍镜的使用：需用高倍镜时，一定是在上述低倍镜下能看清物像的前提下进行。首先将要详细看的部分移到视野正中央，转动转换器，换高倍物镜。转动细调焦器，上下调节，使物像达到最清晰为止。

实验五 结晶过程的观察

实验五结晶过程的观察 一、实验目的 1．观察透明盐类的结晶过程及其晶体组织特征。为理解、掌握金属的结晶理论建立感性认识。 2．观察具有枝晶组织的金相照片及其有枝晶特征的铸件或铸锭表面，建立金属晶体以树枝状形态成长的直观概念。 二、实验设备及材料 1．带CCD的生物显微镜；2．投影仪；3. 接近饱和的氯化铵或硝酸铅水溶液（由实验室预先配制好）；4．干净玻璃片、吸管；5．电炉或电吹风；6．有枝晶组织的金相照片；7．有枝晶的金属铸件实物。 三、实验原理 晶体物质由液态凝固为固态的过程称结晶。结晶过程亦为原子呈规则排列的过程，包括形核和核长大两个基本过程。 由于液态金属的结晶过程难以直接观察，而盐类亦是晶体物质，其溶液的结晶过程和金属很相似，区别仅在于盐类是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱和而结晶，金属则主要依靠过冷，故完全可通过观察透明盐类溶液的结晶过程来了解金属的结晶过程。

图5－1 结晶过程三个阶段形成的三个区域 a) 最外层的等轴细晶粒区(100×) b)次层粗大柱状晶区(100×) c)中心杂乱的树枝状晶区(100×) 在玻璃片上滴一滴接近饱和的氯化铵（NH4Cl）或硝酸铅[Pb(NO3)2]水溶液，随着水分蒸发，溶液逐渐变浓而达到饱和，继而开始结晶。我们可观察到其结晶大致可分为三个阶段：第一阶段开始于液滴边缘，因该处最薄，蒸发最快，易于形核，故产生大量晶核而先形成一圈细小的等轴晶（如图5-la 所示），接着形成较粗大的柱状晶（如图5-1b所示）。因液滴的饱和程序是由外向里，故位向利于生长的等轴晶得以继续长大，形成伸向中心的柱状晶。第三阶段是在液滴中心形成杂乱的树枝状晶，且枝晶间有许多空隙（如图5-1c 所示）。这是因液滴已越来越薄，蒸发较快，晶核亦易形成，然而由于已无充足的溶液补充，结晶出的晶体填不满枝晶间的空隙，从而能观察到明显的枝晶。 实际金属结晶时，一般均按树枝状方式长大（如图5-2 所示）。但若冷速小，液态金属的补给充分，则显示不出枝晶，故在纯金属铸锭内部是看不到枝晶的，只能看到外形不规则的等轴晶粒。但若冷速大，液态金属势必补缩不足而在枝晶间留下空隙，其宏观组织就可明显地观察到树枝状晶。某些金属如锑铸锭表面，即能清楚地看到枝晶组织，如图5-3 所示。若金属在结晶过程中产生了枝晶偏析，由于枝干和枝间成分不同，其金相试样浸蚀时，浸蚀程度亦不同，枝晶特征即能 显示出来，见图5-4。

各种结晶过程分析

编号：SM-ZD-50617 各种结晶过程分析 Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives 编制：____________________ 审核：____________________ 时间：____________________ 本文档下载后可任意修改

各种结晶过程分析 简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 一、冷却结晶 冷却结晶法基本上不去除溶剂，溶液的过饱和度系借助冷却获得，故适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系，如KNOs、NaNOs、MgSO‘等。 冷却的方法可分为自然冷却、间壁冷却或直接接触冷却3种。自然冷却是使溶液在大气中冷却而结晶，其设备构造及操作均较简单，但由于冷却缓慢，生产能力低，不易控制产品质量，在较大规模的生产中已不被采用。间壁冷却是广泛应用的工业结晶方法，与其他结晶方法相比所消耗的能量较少，但由于冷却传热面上常有晶体析出(晶垢)，使传热系数下降，冷却传热速率较低，甚至影响生产的正常进行，故一般多用在产量较小的场合，或生产规模虽较大但用其他结晶方法不经济的场合。直接接触冷却法是以空气或与溶液不互溶的碳氢化合物或专用的液态物质为冷却剂与溶液直接接触而冷却，冷却剂在冷却过程中则被汽化的方法。直接接

实验 密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度

实验 密度梯度管法测定聚合物的密度和结晶度 密度梯度法是测定聚合物密度的方法之一。聚合物的密度是聚合物的重要参数。聚合物结晶过程中密度变化的测定，可研究结晶度和结晶速率；拉伸、退火可以改变取向度和结晶度，也可通过密度来进行研究；对许多结晶性聚合物其结晶度的大小对聚合物的性能、加工条件选择及应用都有很大影响。聚合物的结晶度的测定方法虽有X 射线衍射法、红外吸收光谱法、核磁共振法、差热分析、反相色谱等等，但都要使用复杂的仪器设备。而用密度梯度管法从测得的密度换算到结晶度，既简单易行又较为准确。而且它能同时测定一定范围内多个不同密度的样品，尤其对很小的样品或是密度改变极小的一组样品，需要高灵敏的测定方法来观察其密度改变，此法既方便又灵敏。 一、实验目的： 1．掌握用密度梯度法测定聚合物密度、结晶度的基本原理和方法。 2．利用文献上某些结晶性聚合物PE 和PP 晶区和非晶区的密度数据，计算结晶度。 二、基本原理： 由于高分子结构的不均一性，大分子内摩擦的阻碍等原因，聚合物的结晶总是不完善的，而是晶相与非晶相共存的两相结构，结晶度f w 即表征聚合物样品中晶区部分重量占全部重量的百分数： 在结晶聚合物中（如PP 、PE 等），晶相结构排列规则，堆砌紧密，因而密度大；而非晶结构排列无序，堆砌松散，密度小。所以，晶区与非晶区以不同比例两相共存的聚合物，结晶度的差别反映了密度的差别。测定聚合物样品的密度，便可求出聚合物的结晶度。 密度梯度法测定结晶度的原理就是在此基础上，利用聚合物比容的线性加和关 系，即聚合物的比容是晶区部分比容与无定形部分比容之和。聚合物的比容V 和结晶度w f 有如下关系： ()1c w a w V V f V f =+- --------------------------------- （2） 式中c V 为样品中结晶区比容，可以从X 光衍射分析所得的晶胞参数计算求得； a V 为样品中无定形区的比容，可以用膨胀计测定不同温度时该聚合物熔体的比

结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析

结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析 一、实验目的 1．熟悉盐类和金属的结晶过程。 2．了解铸造条件对纯金属铸锭组织的影响。 二、实验原理 熔化状态的金属进行冷却时，当温度降到T m （熔点）时并不立即开始结晶，而是当降到T m以下的某一温度后结晶才开始，这一现象称为过冷。熔点T m与开始结晶的温度T m之差Δ T 称为过冷度。过冷现象表明，金属结晶必须有一定的过冷度，只有具有一定的过冷度下才能为结晶提供相变驱动力。 结晶由两个基本过程所组成，即过冷液体产生细小的结晶核心（形核）以及这些核心的成长（长大）。其中，形核又分为均匀形核和非均匀形核。通常情况下，由于外来杂质、容器或模壁等的影响，一般都是非均匀形核。 由于金属不透明，通常不能用显微镜直接观察液态金属的结晶过程。然而通过采用生物显微镜可以直接观察盐溶液的结晶过程。实践证明，对透明盐类结晶过程的研究所得出的许多结论，对于金属的结晶都是适用的。 在玻璃片上摘上一滴接近饱和的氯化铵水溶液，放在生物显微镜下观察其结晶过程。随着液体的蒸发，液体逐渐达到饱和。由于液滴边缘处最薄，将首先达到饱和，放结晶过程首先从边线开始，然后逐渐向里扩展。 结晶的第一阶段是在液滴的最外层形成一圈细小的等轴晶体。这是由于液滴外层蒸发最快，在短时间内形成了大量晶核之故。 结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心。这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序是由外向里的，最外层的细小等轴晶中只有少数位向有利的才能向中心生长，而其横向生长则受到了彼此间的限制，因而形成了比较粗大、带有方向性的柱状晶体。 结晶的第三阶段是在液滴中心部分形成不同位向的等轴晶体。这是由于液滴的中心此时也变得较薄,蒸发也较快,同时液体的补充也不足的缘故。这时可以看到明显的等轴晶体。 图4-1示出了氯化铵水溶液结晶过程的一组照片，其中( a )、( b )为在液滴边缘形成的细小等轴晶体和正在生长的柱状晶体,( c )为在液滴中心部分形成的位向不同的等轴枝晶。 利用化学中的取代反应，可以看到置换出来的金属以枝晶形式进行生长的过程。例如，在硝酸银水溶液中放入一小段细铜丝，铜将发生溶解，而银则以枝晶形态沉积出来，其反应式为：

第九章 聚合物材料结晶度

第九章聚合物材料结晶度 聚合物系部分结晶或非晶. 前者如PE、PET、PP等，后者如无规立构PS、PMMA等，部分结晶聚合物习惯上称为结晶聚合物. 结晶度是表征聚合物材料的一个重要参数，它与聚合物许多重要性质有直接关系. 随着聚合物材料被日益广泛应用,准确测定聚合物结晶度这个重要参数越来越受到人们的重视. 目前在各种测定结晶度的方法中, X射线衍射法被公认具有明确意义并且应用最广泛. 本文将重点介绍此方法. §9.1 结晶聚合物结构模型 §9.1.1 樱状胶束模型 对结晶聚合物分子链在晶体中的形态，早期用“经典两相模型”—樱状胶束模型(fringed micelle model)(图9.1)解释. 这个模型的特点是结晶的聚合物分子链段主要属于不同晶体，即一个分子链可以同时穿过若干个晶区和非晶区，分子链在晶区中互相平行排列，在非晶区相互缠结卷曲无规排列. 这个模型似乎解释了早期许多实验结果，受到高分子科学工作者近30年的偏爱. 图9.1 结晶聚合物樱状胶束模型 §9.1.2 插线板模型 60年代初Flory等提出“插线板”模型(Switchboard model)，与Keller等的邻位规则折叠模型(图9.2(a))相比，此模型主要特点是组成片晶的杆(Stem)为无规连接. 即从一个片晶出来的分子链，并不在其邻位处回折到同一片晶，而是在非邻位以无规方式再折回，也可能进入另一片晶(图9.2(b)).

(a) (b) 图9.2 结晶聚合物分子链折叠模型 (a) 邻位规则折叠(b) 非邻位无规折叠 §9.1.3 结晶－非晶中间层 随着对聚合物结晶结构研究的深入，“两相模型”结构已不能满意解释聚合物的结晶结构，已证明在PE的晶区与非晶区间存在一个过渡区(transition zone)，或称中间层(中间相)(interphase)(图9.3). 不久前Flory等从统计力学出发，将晶格理论应用到高分子界面，指出半结晶聚合物片层间存在一个结晶—非晶中间相(Crystal-amorphous interphase).中间相的性质既不同于晶相,也不同于非晶相(各向同性)，即高聚物结晶形态由三个区域组成: 片层状三维有序区、非晶区、中间层(过渡层). 有关结晶聚合物中间层研究的进展, 笔者已有研究报道及综述. (喻龙宝, 张宏放, 莫志深. 功能高分子学报, 1997, 10(1): 90-101) 图9.3 结晶聚合物结晶-非结晶中间层示意图 综上所述, 无论经典樱状胶束还是折叠链模型, 都忽略中间层的存在, 把结晶聚合物视为晶相及非晶相“两相”组成. “两相模型”理论是测定聚合物结晶度的理论基础. §9.2 结晶度概念 结晶度是表征聚合物材料，结晶与非晶在质量分数或体积分数大小的直观数值. IUPAC(1988) 推荐用W c,α表示质量分数结晶度， c,α表示体积分数结晶度. 为区别不同方法测得的结晶度，