结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析

1. 结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析

2. 实验目的 • 熟悉盐类和金属的结晶过程。 • 了解铸造条件对纯金属铸锭组织的影响。

3. 实验原理 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。通过采用生物显微镜可以直接观察盐溶液的结晶过程。 结晶的第一阶段： 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： 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： 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。

4. 氯化铵溶液的结晶过程 60 ×

5. 实验原理 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： Cu+2AgNO3 =2Ag+Cu(NO3 ) 2

6. 实验原理 典型金属在结晶过程中具有粗糙的微观固-液界面，当界面前沿的液体具有负温度梯度时，由于界面变得不稳定，晶体将以枝晶形态生长。若金属纯度不高，将服从固溶体的结晶规律，即使在正温度梯度下也可以枝晶形态进行生长。 虽然金属通常以枝晶形态生长，但只要液态金属始终能充满枝晶间的空隙，那么在金属铸锭内部只能看到外形不规则的晶粒，而看不到枝晶。然而铸锭表面，特别是缩孔处，由于缺少液态金属的补充往往可以看到枝晶组织。 工业纯铝表面的枝晶组织 3 ×

7. 实验原理 金属铸锭沿纵向或横向剖开，经过磨制和腐蚀，把内部组织显示出来，从而可用肉眼或低倍放大镜观察其内部组织，如晶粒大小、形状及分布等。这种组织称为铸锭的粗视组织。 铸锭组织可分为三个区域： 靠近模壁的细晶区（激冷等轴晶区）、 由细晶区向铸锭中心生长的柱晶区、 铸锭中心的等轴晶区。 工业纯铝的铸锭组织

8. 实验仪器和实验材料 1 ．生物显微镜，氯化铵，硝酸银蒸馏水，细铜丝，小烧杯，玻璃片，玻璃棒及摄子等。 2 ．实体显微镜（或放大镜），表面或缩孔处有枝晶组织的金属铸锭。 3 ．不同铸造条件下工业纯铝铸锭的粗视组织样品一套。

9. 实验步骤 1 ．用生物显微镜观察氯化铵饱和溶液的结晶过程。 用玻璃棒引一小滴已配好的氯化铵水溶液到玻璃片上，再将玻璃片放在生物显微镜的试样台上进行观察。 注意：液滴不可太大，否则蒸发太慢不易结晶； 不要让外来物质落入液滴而影响结晶过程； 在使用显微镜时，应注意防止液滴流到试样台或显微镜 的其它部位，尤其不能让液滴碰到物镜。

10. 实验步骤 2 ．观察银晶体的生长过程 用玻璃棒引一滴硝酸银水溶液（稀溶液）到玻璃片上，然后将玻璃片放到生物显微镜的试样台上。对清物象后，用摄于将一小段洁净的细铜丝放在液滴中，随即观察银晶体的生长过程。 3 ．用实体显微镜（或放大镜）观察金属铸锭表面收缩处的枝晶组织。 4 ．观察纯铝铸锭的粗视组织，分析铸造条件对铸锭组织的影响。

11. 实验结果 1 ．画出实验中观察到的氯化铵的结晶组织和银晶体的沉积组织，并作简要分析。 2 ．画出不同铸造条件下工业纯铝铸锭的粗视组织，注明铸造条件，并进行分析与对比。