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中国铸造商务平台 [2006-01-06]
纯金属的结晶
铸造是液态金属在铸型中凝固变为固态的过程，通常把物质从液态转变为固态的过程叫凝固。
那么什么是金属的结晶呢？
金属的结晶：就是金属从液态转变为固态晶体的过程，通常又把它称为一次结晶。
那么纯金属结晶后都会转变为哪几种形式的晶体呢？为了回答这个问题，在讲金属的结晶之前有必要介绍一下金属晶体结构的有关知识。
（一） 金属的结构
1．金属键
通过中学的学习我们已经知道，金属具有良好的导电、导热性，高的强度与塑性等特性。金属之所以具有上述特性是因为金属原子与原子之间通过金属键结合的。那么什么是金属键呢？如图。
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动画1 金属键的结构
金属原子的特点是它们的价电子数目较少，一般仅有1、2个，而且价电子与原子核之间的结合力很弱，极易与核脱离。当各个金属原子相互结合在一起而形成固体时，各金属原子与其价电子脱离变成正离子，正离子按照一定的几何形状规则排列，并在其占据的位置上做高频率的振动（约1014/s次）；而所有的价电子都呈自由电子的形式在各正离子间自由地作高速穿梭运动，它们为整个金属所公有，形成所谓“电子气”（electron gas）。金属固体就是依靠这些共有化了的自由电子与各正离子之间的引力结合而成的。金属原子的这种结合方式谓之金属键（metallic bond）。
首先，由于金属中有电子气存在，只要在金属物体的两端造成不大的电位差时，其自由电子便会向正极流动而形成电流。这便是金属具有良好导电性的原因。 其次，金属的导热现象不仅通过其离子振动，而且还可通过其中的自由电子的运动来实现，所以金属具有较非金属为优的导热性（thermal conductivity）。但由于导热性并不象导电性那样单独地由自由电子来完成，因而金属与非金属之间导热性的差别就不象导电性那样明显。
此外，金属键不仅使金属具有较高的强度（strength），而且也是金属具有高塑性（plasticity）的重要前提。所谓晶体的塑性变形，乃是在外力作用下，晶体中的一部分与另一部分发生相对位移的结果。由于金属键的特点，使得金属离子在位移前后其周围环境不发生变化，即正离子与自由电子间仍然保持原来那样的相对关系。因此，金属具有良好的塑性，能发生较大的塑性变形而不致破裂（fracture）。
金属材料原子与原子之间的结合是金属键，那么原子在三维空间是如何排列的呢？
2．晶体与非晶体
（1）晶体
定义：原子本身沿三维空间按一定几何规律重复排列成有序结构，这种结构称为晶体。
特点：具有固定的熔点，各向异性的特性。
晶体结构示意图如下：
图1 晶体结构
（2）非晶体
定义：其内部原子无规则地躲在一起，或视为三维方向的无序状态，这种结构称为非晶体。
特性：没有固定熔点，且各向同性。
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