材科基知识点总结30-凝固与结晶

1为什么金属结晶时必须过冷？要获得结晶过程所必需的驱动力，一定要实际结晶结晶低于理论结晶温度，这样才能满足结...



1[b]为什么金属结晶时必须过冷？

要获得结晶过程所必需的驱动力，一定要实际结晶结晶低于理论结晶温度，这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越大，液、固两相自由能差值越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快。

2[b]晶胚

根据结晶热力学条件，只有在过冷液体中出现的尺寸较大的相起伏才有可能在结晶时转变成为晶核，这些相起伏就是晶核的胚芽。

3[b]结晶凝固过程

包括晶体核心的形成和晶核长大

4[b]金属凝固时形核方式

①均匀形核：金属液体中依靠自身的结构均匀自发地形成核心

②不均匀形核：依靠外来夹杂物所提供的异相界面非自发不均匀地形核。

5[b]均匀形核和能量条件

系统自由能变化为: ΔG=-VSΔGV+ASL•γSL

核心为球形，半径为r,则ΔG=-(4/3)πr3•ΔGV+4πr2•γSL

由式看出，ΔG随r变化的曲线为一有极大点的曲线，在r=r*处，有极大值。当r〈r*时，r增大，增大，系统自由能增加，相反，r减小，系统自由能降低。故半径小于r*的原子集团在液相中不能稳定存在，只能溶解至消失。半径小于r〈r*的原子集团称为晶胚。当r〉r*时，r增大，ΔG减少，系统自由能下降，故大于r*的原子集团可以稳定存在，作为晶核而长大，r=r*，叫临界晶核，或晶核临界尺寸。

dΔG/dr=0,得到r*=2γSL/ΔGV

r*=(2γSL•Tm)/(LV•ΔT)

ΔG*=(16/3) πn• (γSL3/ΔGV)

形核功只是表面能的三分之一，形成临界晶核时所降低的体积吉布斯自由能只能补偿三分之二的表面自由能。形核功依靠系统的能量起伏来提供。

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