新材料的发展，不仅与对材料的成分 -- 结构 -- 性能的研究有着密切的关系，还与其制备方法有着直接的联系。
不同的材料需要采用不同的公益过程来制备和合成：
金属材料：凝固
陶瓷材料：烧结
聚合物：反应合成
材料的制备过程对其物理、化学和力学性能都会产生较大的影响。了解材料制备的基本过程，掌握材料制备的基本理论、技术和工艺方法，对于材料的选择，进一步提升其使用性能有重要意义。
凝固：物质从液态转变为固态的过程。
结晶：物质从液态转变为晶体（固态）的过程。
结晶是凝固的一种形式。
液态金属的结构特点#
- 原子排列的短程有序和长程无序
气体（长程无序）$ \Rightarrow $ 液体（短程有序、长程无序）$ \Rightarrow $ 晶体 / 固体（长程有序）
- 存在着结构起伏（相起伏）
结构起伏：液态金属中的有序原子团瞬间出现、瞬间消失、此起彼伏、变化不定。这是金属结晶的结构条件。
纯金属的结晶过程#
金属结晶的宏观现象#
结晶的宏观现象主要表现在出现过冷现象和产生结晶潜热。
过冷是金属结晶的能量条件（热力学条件）
金属结晶的微观过程#
金属的结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成。
晶核长大后成为晶粒。
形核 —— 晶核的形成#
两个条件：
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结构条件 —— 结构起伏
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能量条件 —— 能量起伏
形核的两种方式：
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自发形核 / 均匀形核（从液体内部自发形成晶核的方式。需要的能量大，则需要较大的过冷度才有可能形成晶核）
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非自发形核 / 非均匀形核（依附于液体中的杂质而形成晶核的方式。需要的能量小，在实际金属的结晶中往往起优先和主导作用）
长大 —— 晶核的生长#
晶核长大的实质是原子由液体向固体表面转移。
纯金属及合金的晶核长大方式：
- 树枝状长大 犹如树的生长一样，晶核在长大时，首先生长成树干，然后树干上长出树枝。随后，树枝还可以长出更小的树枝（棱角处散热快温度低）。按树枝状生长的晶粒称为树枝晶或枝晶。
晶粒大小的控制#
晶粒大小对金属性能的影响#
在常温下，金属的晶粒越细小，起综合力学性能越好。即金属的晶粒被细化，不仅能提高强度和硬度，同时还能提高塑性和韧性。
晶粒大小的评定#
晶粒度#
评定晶粒大小的指标。一般可用晶粒的平均直径或平均面积来表示。
工业上常用晶粒度等级表示晶粒大小。标准晶粒度分为八级，一级最粗，八级最细。
影响晶粒度的因素#
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形核率 N 单位时间、单位体积液态金属中形成晶核的数目。
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长大速度 G 单位时间内 晶体长大的长度。
比值 $ N/G $ 越大，则结晶后获得的晶粒越细小，反之则约粗大。
控制晶粒大小的方法#
控制过冷度#
措施：降低浇铸温度。
原理：提高冷却速度。过冷度大，比值 $ N/G $ 大。
变质处理#
措施：向液态金属中加入变质剂。
原理：变质剂作为非自发形核的核心，提高了形核率 N。
振动搅拌#
措施：对即将凝固的金属进行机械振动、超声波振动和电磁搅拌。
原理：通过振动搅拌，一方面是生长中的枝晶破碎，从而增加形核率 N，另一方面输入能量以促进自发形核。
同素异构转变#
同素异构现象与同素异构体#
有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格类型，这种现象称为同素异构或多晶型性。
以不同晶体结构存在的同一种晶体称为该金属的同素异构体。
同素异构转变#
同一种金属的同素异构体在一定条件下会相互转化。同素异构转变就是在这种固态下随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
纯铁的同素异构转变：
$ \delta-Fe \Leftarrow^{1394^{\circ}C}\Rightarrow \gamma-Fe \Leftarrow^{1394^{\circ}C}\Rightarrow \alpha-Fe $
同素异构转变的特点#
金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，故称二次结晶或重结晶。
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同素异构转变具有规定的转变温度，转变发生时需要过冷，放出潜热。
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同素异构转变在固态下进行，因此转变需要过大的过冷度。
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同素异构体的形成经过形核、长大过程，新相晶核往往在旧相的晶界或某些特定晶面上形成。
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同一种金属的同素异构体通常具有不同的晶格致密度，因此比容也不同，转变前后往往伴随着提及的变化，导致内应力产生。
比容：物质单位重量的体积。
金属铸锭的结晶#
1：表层细晶区
2：柱状晶区
3：中心等轴晶区
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