根据物质的存在状态,可以将晶体或非晶体(统称固体)的形成方式分为以下三种类型。
1.由液体转变为固体
1)从熔体中结晶,即熔融态物质在过冷条件下结晶。比如熔融金属的结晶(如共晶、包晶)。炽热的岩浆析出各种矿物晶体属于此类。
2)从熔体固化为玻璃或非晶态固体,如玻璃的形成。
3)溶液过饱和结晶也可看作是由液体转变为固体。
(1)温度下降,物质溶解度下降,达到过饱和时的结晶。
(2)水分蒸发达到过饱和而析出晶体,如海边晒盐。
(3)发生化学反应生产难溶物质的晶体。比如在BaCl2和TiCl4的混合溶液中加入草酸,可获得高纯度的BaTiO(C2O4)·4H2O沉淀,再经热处理后获得超细BaTiO3粉末。进而用它来制备BaTiO3介电陶瓷。
(4)外来物质的引入。比如含有饱和SiO2的水溶液流到石英颗粒的围岩(花岗岩)时,以围岩中的石英颗粒为非均匀形核的核心而长大成新的石英颗粒。(www.daowen.com)
2.由气体转变为固体
人们将Fe、Ni等金属在惰性气体中气化,再凝结成超细或纳米颗粒,以及由CVD和PVD法制备出的薄膜材料属于此类。
3.由一种固体转变为另一种结构的固体
(1)同质多象转变。如α-Fe和γ-Fe之间的转变;α-石英和β-石英之间的转变。
(2)细晶与粗晶的相互转化,比如金属材料中的再结晶。再结晶工艺可消除金属材料在冷加工过程中的影响。
(3)非晶转变为晶体,也叫脱玻化作用。非晶晶化法制备纳米晶材料是我国学者卢柯院士在1990年代初期提出的。
(4)利用离子轰击、辐照等对晶态物质进行处理而获得非晶态物质。
在以上相的相变或形成方式中,绝大多数晶体都是经过形核和核的生长而形成的。接下来,我们介绍在材料制备中液固相变的一些实例。
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