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临界核胚 为什么在液态金属结晶时,只有那些半径达到临界尺寸的晶胚才能长大

2020-10-08知识4

为什么在液态金属结晶时,只有那些半径达到临界尺寸的晶胚才能长大 液态金属结晶的基本过程1.液态金属结晶的驱动力:两相自由能的差值ΔGV为结晶的驱动力。对于给定金属,L与T0均为定值,△GV仅与△T有关。因此,液态金属结晶的驱动力是由过冷度提供的。过冷度越大,结晶的驱动力也就越大,过冷度为零时,驱动力就不复存在。所以液态金属在没有过冷度的情况下不会结晶。2.液态金属结晶过程:首先,系统通过起伏作用在某些微观小区域内克服能量障碍而形成稳定的新相晶核;新相一旦形成,系统内将出现自由能较高的新旧两相之间的过渡区。为使系统自由能尽可能地降低,过渡区必须减薄到最小原子尺度,这样就形成了新旧两相的界面;然后,依靠界面逐渐向液相内推移而使晶核长大。直到所有的液态金属都全部转变成金属晶体,整个结晶过程也就在出现最少量的中间过渡结构中完成。由此可见,为了克服能量障碍以避免系统自由能过度增大,液态金属的结晶过程是通过形核和生长的方式进行的。

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以均匀形核为例,说明为甚什么晶胚成核? 1)非均匀形核与固体杂质接触,减少了表面自由能的增加;2)非均匀形核的晶核体积小,形核功小,形核所需结构起伏和能量起伏就小;形核容易,临界过冷度小;3)非均匀形核时晶核形状和体积由临界晶核半径和接触角共同决定;临界晶核半径相同时,接触角越小,晶核体积越小,形核越容易;4)非均匀形核的形核率随过冷度增大而增加,当超过极大值后下降一段然后终止;

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解释临界晶核半径和形核功的意义,以及为什么形核要有一定过冷度

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