5.均勻形核時(shí)的能量變化和臨界晶核半徑

1、均勻形核一形核時(shí)的能量變化和臨界晶核半徑??一前面曾經(jīng)指出在過(guò)冷的液體中并不是所有的晶胚都可以轉(zhuǎn)變成為品核只有那些尺寸等于或大于某一臨界尺寸的晶胚才能穩(wěn)定的存在，并能自發(fā)地長(zhǎng)大這種等于或大于臨界尺寸的晶胚即為品核為什么過(guò)冷液體形核要求晶核具有一定的臨界尺寸這需要從形核時(shí)的能量變化迸行分析晶胚出現(xiàn)時(shí)的阻力和驅(qū)動(dòng)力：在一定的過(guò)冷度條件下，固相的自由能低于液相的自由能，當(dāng)在此過(guò)冷液體中出現(xiàn)品胚時(shí)，一方面原子從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)將使系統(tǒng)的自由能降低

2、，它是結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力；另一方面，由于晶胚構(gòu)成新的表面，形成表面能，從而使系統(tǒng)的自由能升髙，它是結(jié)晶的阻力。自由能變化公式：1.若晶胚的體積為，表面積為，液、固兩相單位體積自由能差為，單位面VSVG?積的表面能為，則系統(tǒng)自由能的總變化為。??SGVGVV????2.式2.7右端的第一項(xiàng)是液體中出現(xiàn)晶胚時(shí)所引起的體積自由能的變化，如果是過(guò)冷液體，則為負(fù)值，否則為正值。第二項(xiàng)是液體中出現(xiàn)晶胚時(shí)所引起的表面能變化，這一項(xiàng)總是正值。3.顯然，第一項(xiàng)

3、的絕對(duì)值越大，越有利于結(jié)晶；第二項(xiàng)的絕對(duì)值越小，也越有利于結(jié)晶。4.為了計(jì)算上的方便，假設(shè)過(guò)冷液體中出現(xiàn)一個(gè)半徑為的球狀晶胚，它所引起的R自由能變化為：???23434rGrGVV????此外在過(guò)冷液體中所存在的最大相起伏尺寸CCCC與過(guò)冷度的關(guān)系曾示于圖28現(xiàn)將圖210和圖28結(jié)合起來(lái)，可得圖211從此圖中可以看出兩條曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的過(guò)冷度就是臨界過(guò)冷度，顯然1.當(dāng)時(shí)，在過(guò)冷液體中存在的最大晶胚尺寸小于臨界晶核半徑，不KTT???m

4、axRKR能轉(zhuǎn)變成為晶核；2.當(dāng)時(shí)，，正好達(dá)到臨界晶核半徑，這些晶胚就有可能轉(zhuǎn)變成為KTT???KRR?max品核；3.當(dāng)吋，無(wú)論是最大尺寸的晶胚，還是較小尺寸的晶胚，其半徑均達(dá)到或KTT???超過(guò)了，此時(shí)液態(tài)金屬的結(jié)晶過(guò)程易于進(jìn)行KR由此可見(jiàn)液態(tài)金屬能否結(jié)晶液體中的晶胚能否出生成為晶核很重要的一點(diǎn)就是看晶胚的尺寸是否達(dá)到了臨界晶核半徑的要求。而要滿足這一點(diǎn)，就必須使液體的過(guò)冷度達(dá)到或超過(guò)臨界過(guò)冷度，只有此時(shí)，過(guò)冷液體中的最大晶胚尺寸才