《材料成形基本原理（第3版）》3-2重难点复习题解答

本单元重难点复习题解答练习二填空题一般来说凝固形核是以非均质形核方式进行的，即依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，（亦称“异质形核”或“非自发形核”）。均质晶核形成时，设晶核为球体，系统自由能变化由两部分组成，其中，液-固体积自由能之差（由引起）为相变驱动力，而固-液界面能（由引起）则阻碍相变。球状固体质点从金属液中开始形成时，只有其半径r大于临界晶核半径r*时，其r增大而固体质点才能稳定晶核；而在r＜r*时，固体质点还不能r=r*的系统自由能形核功的大小为临界表面能的三分之一,它是均质形核所必须克服的能量障碍。形核功由熔体的“能量起伏”提供。因此，过冷熔体中形成的晶核是“结构起伏”及“能量起伏”的共同产物。ΔT增大，ΔG*下降，形核率I上升。对于一般金属，ΔT较小时，均质形核的形核率几乎始终为零。当温度降到某一程度，达到临界过冷度（ΔT*），形核率迅速上升。研究表明，ΔT*≈0.2Tm左右，可见，均质形核需要很大的过冷度。非均质形核与均质形核临界半径相同。通常情况下，均均晶体与杂质基底之间的界面张力σSC越小，接触角（润湿角）均基底晶体与结晶相的晶格错配度越小，共格情况越好，界面张力越小，越容易进行非均质形核。一般认为：≤5%，为完全共格，非均质形核能力强；5%＜＜25%，为部分共格，杂质基底有一定的非均质形核能力；＞25%，为不共格，杂质无非均质形核能力。由于“能量起伏”的作用，液体中存在“结构起伏”的原子，它们的尺寸有大有小，其中最大的原子尺寸rmax在ΔT*之前便已达到临界晶核半径r*成为稳定晶核而生长，因此，在ΔT<ΔT*之前的一定温度范围就已有稳定晶核存在。而ΔT*为开始大量形核的过冷度。2、B正确。A、C、错。虽然非均质形核与均质形核临界半径相同，但前者临界后者通常情况下，错配度越小，共格情况越好，越容易进行非均质形核，但实践中也有许多不符合该规律的例子。说明这方面理论并不十分完善，所以形核剂的选用往往还要通过实验研究来确定。三、解答题：1、（解答参考教材）2、答：（1）。通常σLC＞σLS（可根据表面张力及界面张力的形成原因分析），所以，越小，cos越→1，即→0°。为此，晶核与杂质的界面张力越小，相互润湿越好，越有利于形核。（2）(3-14)及(3-18)，均质形核及异质形核临界半径均为：，即均质、异质形核临界半径相等；但由于均质形核的晶体为球体，而异质形核的晶体为球缺，所以异质形核临界体积比均质形核的要小得多。（3）异质形核功为：而的数值在0~1之间变化。可知，接触角大小(晶体与杂质基底相互润湿程度)影响非均质形核的难易程度：°，即晶体与杂质基底相互完全润湿，非均质形核功ΔG=0，此时结晶相无需通过生核而直接在衬底上生长；°，晶体与杂质完全不润湿，ΔG=ΔG，此时非均质形核不起作用。通常，接触角远小于180o，（4）由上述讨论可知，当θ′′＞θ′，则有：′′*＞′*，ΔT′′*＞ΔT′*（均练习三填空题固-液这类原子尺度的微观固-液界面称为界。粗糙界面在有些文献中也称“非小晶面”或“非小平面”。固-液这类原子尺度的微观固-液界面称为界。光滑面在有些文献中也称“小晶面”或“小平面”。对于同种物质，取决于界面是哪个晶面族，即取决于界面上的配位数为η与晶体内部原子配位数为ν之比。值越低，值越小。这说明非密排晶面作为晶体表面（固-液界面）时，容易成为粗糙界面。不仅与Jackson因子，而且受到动力学因素的影响。对于过冷度较小时为过冷度大时（生长速度快），由于界面的原子层数增多，容易转化为粗糙容易成为粗糙界面的晶体