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1、1.试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。,分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为G0，才有Gv0。即只有过冷，才能使G0。动力学条件为液-固界面前沿液体的温度TTm(熔点)，即存在动态过冷。由临界晶核形成功A1/3S可知，当形成一个临界晶核时，还有1/3的表面能必须由液体中的能量起伏来提供。液体中存在的结构起伏，是结晶时产生晶核的基础。因此，结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。,Gv=LmT/Tm,2.如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点(Tm1453)的比值为0.18，试求其凝固驱动力。(Hm-18075J/mol),解：根据凝固的热力学条件得知,Gv=-L
2、mT/Tm =HmT/Tm =-180750.18 =-3253.5 Jmol-1,3. 已知Cu的熔点Tm1083，熔化潜热Lm1.88103J/cm3，比表面能1.44105 J/cm3。 (1) 试计算Cu在853均匀形核时的临界晶核半径。 (2) 已知Cu的相对原子质量为63.5，密度为8.9g/cm3,求临界晶核中的原子数。,解：(1). 均匀形核临界晶核半径可表示为,带入已知条件可得 r* = 2Tm/LmT = = 9.0310-10m,(2). 根据已知条件，Cu的摩尔体积为 cm3mol-1,则每个Cu原子体积为 m3,根据(1)可知临界晶核体积为,m3,则临界晶核原子数为,
3、4. 比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。,实际结晶温度与理论结晶温度之间的温度差，称为过冷度(TTm一Tn)。它是相变热力学条件所要求的，只有T0时，才能造成固相的自由能低于液相自由能的条件，液、固相间的自由能差便是结晶的驱动力。过冷液体中，能够形成等于临界晶核半径的晶胚时的过冷度，称为临界过冷度(T*)。显然，当实际过冷度TT*时，才能均匀形核。所以，临界过冷度是形核时所要求的。晶核长大时，要求液-固界面前沿液体中有一定的过冷，才能满足(dNdt)F(dNdt)M，这种过冷称为动态过冷度(TkTm一Ti)，它是晶体长大的必要条件。,5. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。
4、,(1) 平面状长大：当液体具有正温度梯度时，晶体以平直界面方式推移长大。此时，界面上任何偶然的、小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分,赶上，因而能保持平直界面的推移。长大中晶体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，而其他方向的生长则受到抑制。,(2)树枝状长大：当液体具有负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升高，过冷度降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成，相互平行分布。,6. 什么叫临界晶核？它
5、的物理意义及与过冷度的定量关系如何？,根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径rr*的晶胚才有可能成核；而rr*的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。因此，半径为r*的晶胚称为临界晶核。其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程有序的原子团，当其尺寸rr*时，这样的原子团便可成为晶核而长大。临界晶核半径r*，其大小与过冷度有关，则有,7. 简述纯金属晶体长大的机制。,晶体长大机制是指晶体微观长大方式，它与液-固界面结构有关。对于纯金属，具有粗糙界面，因界面上约有50的原子位置空着，这些空位都可接受原子，故液体原子可以单个进入空位，与晶体相连接，界面沿其法线方向垂直推移，呈连续式长大。,8. 试分析
6、下列说法的正确性，并改正之。,1). 所谓过冷度，是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。,2). 若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶后就可以 形成10 000颗晶粒。,3). 从非均匀形核功的计算公式 中可以看出，当润湿角0时，非均匀形核的形核功最大。,4). 在任何温度下，液体金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。,5). 在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。,6). 非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，不象后者那样形成界面，而引起自由能的增加。,7). 在研究某金属细化晶粒工艺时，主要寻找那些熔点低、且与该金属晶格常数相近的形核剂，其形核的催化效能最高。,8). 纯金属生长时，无论液固界面呈粗糙型或者是光滑型，其液相原子都是一个一个地沿着固相面的垂直方向连接上去。,
