5.均勻形核時的能量變化和臨界晶核半徑

1、均勻形核一形核時的能量變化和臨界晶核半徑??一前面曾經(jīng)指出在過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)地長大這種等于或大于臨界尺寸的晶胚即為品核為什么過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的能量變化迸行分析晶胚出現(xiàn)時的阻力和驅(qū)動力：在一定的過冷度條件下，固相的自由能低于液相的自由能，當(dāng)在此過冷液體中出現(xiàn)品胚時，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右端的第一項是液體中出現(xiàn)晶胚時所引起的體積自由能的變化，如果是過冷液體，則為負(fù)值，否則為正值。第二項是液體中出現(xiàn)晶胚時所引起的表面能變化，這一項總是正值。3.顯然，第一項

3、的絕對值越大，越有利于結(jié)晶；第二項的絕對值越小，也越有利于結(jié)晶。4.為了計算上的方便，假設(shè)過冷液體中出現(xiàn)一個半徑為的球狀晶胚，它所引起的R自由能變化為：???23434rGrGVV????此外在過冷液體中所存在的最大相起伏尺寸CCCC與過冷度的關(guān)系曾示于圖28現(xiàn)將圖210和圖28結(jié)合起來，可得圖211從此圖中可以看出兩條曲線的交點所對應(yīng)的過冷度就是臨界過冷度，顯然1.當(dāng)時，在過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，，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???超過了，此時液態(tài)金屬的結(jié)晶過程易于進(jìn)行KR由此可見液態(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，就必須使液體的過冷度達(dá)到或超過臨界過冷度，只有此時，過冷液體中的最大晶胚尺寸才