材料中的相变精选PPT.ppt

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1、关于材料中的相变第1页，讲稿共53张，创作于星期二相变是指在外界条件发生变化的过程中，物相于相变是指在外界条件发生变化的过程中，物相于某一特定的条件下（或临界值时）发生突变的过程。某一特定的条件下（或临界值时）发生突变的过程。包括三种情况：（包括三种情况：（1）由一种结构变化为另一种结构；）由一种结构变化为另一种结构；（2）化学成分的不连续变化；（）化学成分的不连续变化；（3）某些物理性质突）某些物理性质突变。变。广义概念广义概念同组成的两固相之间的结构转变。同组成的两固相之间的结构转变。狭义概念狭义概念 8.1概述概述8.1.1相变的概念相变的概念 第2页，讲稿共53张，创作于星期二本章主要

2、介绍：液相本章主要介绍：液相固相，即熔体析晶相变过程固相，即熔体析晶相变过程第3页，讲稿共53张，创作于星期二（1）按物态变化分类）按物态变化分类分为可逆分为可逆不可逆相变不可逆相变（2）按热力学分类）按热力学分类狭义：同组成的两固相之间的结构变化，不狭义：同组成的两固相之间的结构变化，不涉及化学反应。涉及化学反应。广义：除上述情况之外，还包括相变前后相组广义：除上述情况之外，还包括相变前后相组成变化的情况。成变化的情况。A、按转变方向分、按转变方向分8.1.2相变分类相变分类第4页，讲稿共53张，创作于星期二一级相变：在临界温度和临界一级相变：在临界温度和临界压力时，体系由一相变为另一压力时

3、，体系由一相变为另一相时，两相化学位相等，但化相时，两相化学位相等，但化学位的一阶偏导数不等的相变。学位的一阶偏导数不等的相变。B、按化学位偏导数的连续性分类、按化学位偏导数的连续性分类TTTT01相相2相相OOOGSV图图8.1一级相变时两相在转一级相变时两相在转变点的变点的G、S、V的变化的变化第5页，讲稿共53张，创作于星期二二级相变：在临界温度和临界压力时，体系由一相变为另一二级相变：在临界温度和临界压力时，体系由一相变为另一相时，两相化学位相等，化学位的一阶偏也相等，但相时，两相化学位相等，化学位的一阶偏也相等，但二阶偏二阶偏导数不等导数不等的相变。的相变。压缩系数压缩系数体膨胀系数

4、体膨胀系数Cp恒压热容恒压热容第6页，讲稿共53张，创作于星期二高级相变高级相变：在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数相等，而三阶偏导数不相等的相变成为三级相数相等，而三阶偏导数不相等的相变成为三级相变。变。实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。依次类推，依次类推，自由焓的自由焓的n-1阶偏导连续，阶偏导连续，n阶偏导阶偏导不连续时称为高级相变。二级以上的相变称为高不连续时称为高级相变。二级以上的相变称为高级相变，一般高级相变很少，大多数相变为低级级相变，一般高级相变很少，大多数相变为低级相变。相变

5、。第7页，讲稿共53张，创作于星期二按原子迁移特征分类：扩散型和无扩散型相变。按原子迁移特征分类：扩散型和无扩散型相变。按结构变化及转变速度快慢分类：重构型或位移型相变。按结构变化及转变速度快慢分类：重构型或位移型相变。（4）按相应机理分类）按相应机理分类成核生长相变、连续型相变、有序无序转变和马成核生长相变、连续型相变、有序无序转变和马氏体相变。氏体相变。成核生长相变：成核生长相变：由组成波动程度大、空间范围由组成波动程度大、空间范围小的起伏开始发生的相变，初期起伏形成新相核，小的起伏开始发生的相变，初期起伏形成新相核，然后是新相核心长大，有均匀成核与非均匀成核然后是新相核心长大，有均匀成核

6、与非均匀成核两类。两类。（3）按动力学分类）按动力学分类第8页，讲稿共53张，创作于星期二热力学平衡时相变热力学平衡时相变图图2 2 单元系统相变过程图单元系统相变过程图 AB气态气态气气-液共存（液态）液共存（液态）实际相变实际相变ABC气态过冷区气体气态过冷区气体气体气体8.1.3 相变过程的不平衡状态及亚稳区相变过程的不平衡状态及亚稳区第11页，讲稿共53张，创作于星期二由此得出：由此得出：A、亚稳区具有、亚稳区具有不平衡状态不平衡状态的特征，是物相在理论上不能稳的特征，是物相在理论上不能稳定存在，而实际上却能稳定存在的区域；定存在，而实际上却能稳定存在的区域；B、在亚稳区内，物系不能自

7、发产生新相，要产生新相，必、在亚稳区内，物系不能自发产生新相，要产生新相，必然要然要越过亚稳区越过亚稳区，这就是必须，这就是必须过冷却过冷却的原因；的原因；C、在亚稳区内虽然不能自发产生新相，但是当有外来、在亚稳区内虽然不能自发产生新相，但是当有外来杂杂质存在质存在时，或在外界能量影响下，也有可能在亚时，或在外界能量影响下，也有可能在亚稳区内形成新相，此时使稳区内形成新相，此时使亚稳区缩小亚稳区缩小。第12页，讲稿共53张，创作于星期二（1 1）相变过程的温度条件）相变过程的温度条件由物理化学中热力学知识可推知：由物理化学中热力学知识可推知：若相变过程为放热过程（结晶）若相变过程为放热过程（结

8、晶）HH0 0，则，则TT0 0时，才能自发进行，即体系必须时，才能自发进行，即体系必须“过冷过冷”。若相变过程为吸热过程（熔融），即若相变过程为吸热过程（熔融），即HH0 0，则，则TT0 0时，才能自发进行，即体系必须时，才能自发进行，即体系必须“过热过热”。8.1.4相变的条件相变的条件（重要）（重要）第13页，讲稿共53张，创作于星期二相变驱动力表示为过冷度相变驱动力表示为过冷度（过热度）的函数，相变平衡（过热度）的函数，相变平衡理论温度与系统实际温度之差理论温度与系统实际温度之差即为相变过程的推动力。即为相变过程的推动力。第14页，讲稿共53张，创作于星期二（2）相变过程的压力和浓度

9、条件）相变过程的压力和浓度条件在恒温、可逆非体积功为零时：在恒温、可逆非体积功为零时：dG=Vdp对理想气体而言对理想气体而言对于理想溶液对于理想溶液 过饱和蒸汽压差是该过程的推动力过饱和蒸汽压差是该过程的推动力 过饱和浓度是这一过程的推动力过饱和浓度是这一过程的推动力 总之，相变要自发进行，总之，相变要自发进行，系统必须过冷（过热）或过饱和系统必须过冷（过热）或过饱和，此时系，此时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差即为相变过程统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差即为相变过程的推动力。的推动力。第15页，讲稿共53张，创作于星期二大多数相变过程都具有大多数相变过程都

10、具有成核成核-生长相变机理生长相变机理。8.2 液相与固相的转变成核生长的相变液相与固相的转变成核生长的相变 l成核速率（成核速率（IV）：）：单位时间、单位体积母相中形成的单位时间、单位体积母相中形成的晶核的数目晶核的数目（个（个（个（个/cm/cm3 3ss）；l 晶体长大速率（晶体长大速率（u）：）：单位时间内新相线生长尺单位时间内新相线生长尺 寸的增量寸的增量（cm/scm/s）；l 总结晶速率：总结晶速率：新相占母相的体积分数随时间的变化来表征。新相占母相的体积分数随时间的变化来表征。第16页，讲稿共53张，创作于星期二为什么水先从边缘开始结冰？为什么水先从边缘开始结冰？8.2.1晶

11、核生成速率晶核生成速率第17页，讲稿共53张，创作于星期二均匀成核：均匀成核：液体内部自发成核。液体内部自发成核。成核类型成核类型非均态成核：非均态成核：由表面、界面效应，由表面、界面效应，杂质、或引入晶核剂等各种因杂质、或引入晶核剂等各种因素支配的成核过程。素支配的成核过程。第18页，讲稿共53张，创作于星期二设形成半径设形成半径r的球形新相，则整的球形新相，则整个系统自由焓变化个系统自由焓变化Gr应为各项之代应为各项之代数和。数和。Ls液、固界面能（假定无方向性）；液、固界面能（假定无方向性）；GV、GE单位体积自由焓和应变能的变化。单位体积自由焓和应变能的变化。8.2.1晶核的形成速率（

12、核化速率）晶核的形成速率（核化速率）形成单个晶核的能量变化形成单个晶核的能量变化第19页，讲稿共53张，创作于星期二（1）均态成核）均态成核 模型：模型：假定在恒温恒压下，从过冷液体形成新相呈球形，假定在恒温恒压下，从过冷液体形成新相呈球形，半径为半径为r，不考虑应变能时，自由焓的变化为：，不考虑应变能时，自由焓的变化为：液固相变时自由能的变化（液固相变时自由能的变化（）形成液固界面的能量形成液固界面的能量(+)a.热力学条件热力学条件 第20页，讲稿共53张，创作于星期二图图8.3球形核胚自由焓随半径的变化球形核胚自由焓随半径的变化rr*:超临界晶核超临界晶核临界临界晶核晶核半径半径：新相可

13、以长大而不消失的最小晶核半径。：新相可以长大而不消失的最小晶核半径。（r*愈小，愈易形成新相）愈小，愈易形成新相）第21页，讲稿共53张，创作于星期二图图8.3球形核胚自由焓随半径的变化球形核胚自由焓随半径的变化小结：小结：1）不是所有瞬间出现的新）不是所有瞬间出现的新相区都能稳定存在和长大。相区都能稳定存在和长大。颗粒半径比颗粒半径比r*小的核胚是小的核胚是不稳定的，因为它尺寸增不稳定的，因为它尺寸增加，自由焓则增加；加，自由焓则增加；只有只有颗粒半径大于颗粒半径大于r*的超临界晶的超临界晶核才是稳定的核才是稳定的，因为晶核，因为晶核的长大，自由焓的减小。的长大，自由焓的减小。第22页，讲稿

14、共53张，创作于星期二图图8.3球形核胚自由焓随半径的变化球形核胚自由焓随半径的变化小结：小结：2）Gr*是描述相变发是描述相变发生时形成临界晶核所必生时形成临界晶核所必须克服的势垒，这一数须克服的势垒，这一数值值越低，成核过程越容越低，成核过程越容易易，故用于判断相变进，故用于判断相变进行的难易。行的难易。第23页，讲稿共53张，创作于星期二相变势垒：是形成临界晶核系统自由焓变化的最大值。相变势垒：是形成临界晶核系统自由焓变化的最大值。临界晶核半径与成核势垒的求解临界晶核半径与成核势垒的求解第24页，讲稿共53张，创作于星期二由转换成由转换成讨论：讨论：（1）当当T0时，时，r*（2）由于）

15、由于、T00，H0，要相变，要相变，必须过冷，且必须过冷，且过冷度越大，过冷度越大，r*越越小，小，G r*越小越小。（3）影响）影响r*与与G r*的因素有物系本的因素有物系本身的性质：身的性质：H和和 。将临界晶核尺寸将临界晶核尺寸r与临界形核势垒与临界形核势垒G r*与过冷度与过冷度T建立建立关系：关系：代入代入r，G r*第25页，讲稿共53张，创作于星期二要形成临界半径大小的新相，需要对系统作功，其值为新相界面能的1/3。临界晶核的表面积临界晶核的表面积临界晶核成核势垒的大小临界晶核成核势垒的大小第26页，讲稿共53张，创作于星期二（2）非均态成核）非均态成核假设核的形状为球体的一假

16、设核的形状为球体的一部分，其曲率半径为部分，其曲率半径为R，核在，核在固体界面上的半径为固体界面上的半径为r，液体，液体核核(LX)、核、核固体固体(XS)和液体固体和液体固体(LS)的界面能分别为的界面能分别为LX、XS和和Ls，液体核界面的面积为，液体核界面的面积为ALX，引起总吉布斯自由能的变，引起总吉布斯自由能的变化：化：Gh=V核核GV+ALXLXr2（XSLS）界面自由焓的变化界面自由焓的变化界面自由焓的变化界面自由焓的变化形成单个晶核的能量变化形成单个晶核的能量变化第27页，讲稿共53张，创作于星期二球缺的表面积球缺的表面积球缺的体积球缺的体积:带入后，令带入后，令d（Gh）/d

17、R=0，得出不均匀成核的临界半径，得出不均匀成核的临界半径与均匀成核的与均匀成核的r*相同！相同！第28页，讲稿共53张，创作于星期二令：令：讨论：讨论：n当当0时，时，cos1，f()0，G*h=0；不存在核化势；不存在核化势垒；垒；n当当90时，时，cos0，f()0.5，G*h=0.5G*r；非均；非均态核化势垒为均态核化势垒的态核化势垒为均态核化势垒的1/2；n当当180时，时，cos-1，f()1，G*h=G*r；非均；非均态核化势垒等于均态核化势垒。态核化势垒等于均态核化势垒。第29页，讲稿共53张，创作于星期二成核理论应用成核理论应用直拉硅单晶：直拉硅单晶：利用旋转着的利用旋转着

18、的籽晶从石英坩埚中的熔体中籽晶从石英坩埚中的熔体中拉制单晶硅。拉制单晶硅。第30页，讲稿共53张，创作于星期二b.动力学条件动力学条件 成核过程成核过程是熔体中一个个原子加到临界核胚上，临界核胚就生是熔体中一个个原子加到临界核胚上，临界核胚就生长为晶核。长为晶核。核化过程核胚生成原子扩散到核胚表面过程核化过程核胚生成原子扩散到核胚表面过程核化速率核化速率表示单位时间内单位体积的液相中生成的晶核数目，用表示单位时间内单位体积的液相中生成的晶核数目，用I表表示。示。核的生成速率单位体积母相核胚数目核的生成速率单位体积母相核胚数目原子扩散速率原子扩散速率熔体熔体 临界晶胚临界晶胚 稳定晶核稳定晶核

19、长大晶粒长大晶粒第31页，讲稿共53张，创作于星期二g:单位时间到达核胚表面的原子数单位时间到达核胚表面的原子数a：原子向核胚方向跃迁的几率；：原子向核胚方向跃迁的几率；ns:核胚周围的原子数；核胚周围的原子数；v:碰撞的频率；碰撞的频率；根据统计热力学原理：单位母相体积内具有半径为临根据统计热力学原理：单位母相体积内具有半径为临界半径界半径r*的晶核数目为：的晶核数目为：（n为单位体积母相中原子或分子数）为单位体积母相中原子或分子数）第32页，讲稿共53张，创作于星期二P P P P：受成核位垒影响的成核率因子（相变因素）：受成核位垒影响的成核率因子（相变因素）：受成核位垒影响的成核率因子（

20、相变因素）：受成核位垒影响的成核率因子（相变因素）DDDD：受质点扩散影响的成核率因子（扩散因素）：受质点扩散影响的成核率因子（扩散因素）：受质点扩散影响的成核率因子（扩散因素）：受质点扩散影响的成核率因子（扩散因素）=BDPP PD DI Iv vT TI Iv v=PD=PD当当T T时，时，T=TT=T0 0-T-T，即：成即：成核位垒核位垒，P P因子因子，成核速率，成核速率II直至最大值；直至最大值；因因因因此此此此，I I I I与与与与T T T T的的的的关关关关系系系系是是是是曲曲曲曲线线线线P P P P和和和和D DD D的的的的综综综综合合合合结结结结果果果果，在在在在

21、T T T T低低低低时时时时，D DD D因因因因子子子子抑抑抑抑制制制制了了了了I I I I的的的的增增增增长长长长；T T T T高高高高时时时时，P P P P因因因因子子子子抑抑抑抑制制制制了了了了I I I I的的的的增增增增长长长长。只只只只有有有有在在在在合合合合适适适适的的的的 T T T T下下下下，P P P P与与与与DDDD因子的综合结果使因子的综合结果使因子的综合结果使因子的综合结果使I I I I有最大值。有最大值。有最大值。有最大值。若若T T继继续续，原原子子或或分分子子扩扩散散速速率率，G Gm m，D D因子因子，成核速率成核速率II第33页，讲稿共53

22、张，创作于星期二成核的形成势垒成核的形成势垒迁移克服的势垒迁移克服的势垒uuTIvIv成核、生长速率与过冷度的关系成核、生长速率与过冷度的关系高温时，高温时，T，质点的，质点的相互吸引而聚结及吸相互吸引而聚结及吸附能力附能力，P，I；低温时，低温时，T，D，I。讨论讨论I-T关系关系第34页，讲稿共53张，创作于星期二当晶核和晶核剂有相似的原子排列时，质点穿过界面有当晶核和晶核剂有相似的原子排列时，质点穿过界面有强烈的吸引力，对核化最有利。强烈的吸引力，对核化最有利。非均态核化的速率可表示为：非均态核化的速率可表示为：当晶核对晶核剂接触角越小，越有利于晶核的生成。当晶核对晶核剂接触角越小，越有

23、利于晶核的生成。结论：结论：第35页，讲稿共53张，创作于星期二如果如果新相和母相（熔体）组成相同新相和母相（熔体）组成相同时，那么控制生长速度时，那么控制生长速度的过程将是原子由母相穿过界面跃迁于新相上这一的过程将是原子由母相穿过界面跃迁于新相上这一短程扩散短程扩散。当当析出的晶体与母相（熔体）组成不同析出的晶体与母相（熔体）组成不同时，如：过饱和固时，如：过饱和固溶体的脱溶分解，需要构成晶体的组分从母相长距离迁移到达溶体的脱溶分解，需要构成晶体的组分从母相长距离迁移到达新相母相界面过程，再通过界面跃迁才能附着于新相表面，新相母相界面过程，再通过界面跃迁才能附着于新相表面，即即长程扩散过程长

24、程扩散过程。8.2.3晶体生长速率晶体生长速率 晶体生长是界面移动的过程，晶体生长是界面移动的过程，生长速率与界面结构及生长速率与界面结构及原子迁移密切相关原子迁移密切相关。（界面控制）（界面控制）（界面控制）（界面控制）（扩散控制）（扩散控制）（扩散控制）（扩散控制）熔体熔体 临界晶胚临界晶胚 稳定晶核稳定晶核 长大晶粒长大晶粒第36页，讲稿共53张，创作于星期二界面控制型生长界面控制型生长12晶体的生长过晶体的生长过程类似于程类似于扩散扩散过程过程，它取决，它取决于分子或原子于分子或原子从液相中分离从液相中分离向界面扩散和向界面扩散和其反方向扩散其反方向扩散之差。之差。第37页，讲稿共53

25、张，创作于星期二因此，质点从液相向晶相迁移速率：因此，质点从液相向晶相迁移速率：从晶相到液相反方向的迁移速率为：从晶相到液相反方向的迁移速率为：因此，从液相到晶相迁移的因此，从液相到晶相迁移的净速率净速率为：为：第38页，讲稿共53张，创作于星期二（2）当当T很大时，很大时，kT晶体线性晶体线性生长速率生长速率u等于单位时间迁移的原子数目除以界等于单位时间迁移的原子数目除以界面原子数面原子数S，再乘以原子间距，再乘以原子间距，讨论：讨论：（1）当当T0时，时，kT第39页，讲稿共53张，创作于星期二乌尔曼的实验结果：乌尔曼的实验结果：在熔点时生长速率为在熔点时生长速率为零。零。高温阶段：高温阶

26、段：主要由液主要由液相变成晶相的速率控制，相变成晶相的速率控制，增大过冷度，对过程有利，增大过冷度，对过程有利，故生长速率增加；故生长速率增加；低温阶段低温阶段:过程主要由过程主要由相界面扩散所控制，低相界面扩散所控制，低温对扩散不利，故生长温对扩散不利，故生长速率减慢。速率减慢。第40页，讲稿共53张，创作于星期二8.2.4 总的结晶速率总的结晶速率 总的结晶速度常用结晶过程中已经总的结晶速度常用结晶过程中已经结晶出的晶体结晶出的晶体体积占原母液体积的分数体积占原母液体积的分数(x)和和结晶时间结晶时间(t)的关系表示。的关系表示。相相 相相当当t=0V 0当当t=V=V-V V第41页，讲

27、稿共53张，创作于星期二M.Avrami于于1939年对年对相变动力学方程进行相变动力学方程进行了校正，导出了校正，导出I.W.Christion于于1965年对相变动力学方程进年对相变动力学方程进行了进一步校正，导出行了进一步校正，导出新相形成的体积分数与成核、晶体生长的动力学常数有新相形成的体积分数与成核、晶体生长的动力学常数有关，亦即与转变热、偏离平衡和原子迁移率等热力学和关，亦即与转变热、偏离平衡和原子迁移率等热力学和动力学因素有关的。动力学因素有关的。第42页，讲稿共53张，创作于星期二（1 1）熔体组成）熔体组成组成越简单，析晶越易。组成越简单，析晶越易。组成相应于某一化合物组组成

28、相应于某一化合物组成时，玻璃亦易析晶；组成在界线或共熔点处，降成时，玻璃亦易析晶；组成在界线或共熔点处，降低析晶能力。低析晶能力。8.2.5影响结晶速率的因素影响结晶速率的因素因此从降低熔制温度和防止析晶的角度，玻璃的组因此从降低熔制温度和防止析晶的角度，玻璃的组分应考虑多组分，并且尽量选择在相界线或共熔点附近。分应考虑多组分，并且尽量选择在相界线或共熔点附近。第43页，讲稿共53张，创作于星期二从熔体结构分析，还应考虑熔体中从熔体结构分析，还应考虑熔体中不同质点间的排列状不同质点间的排列状态及相互作用的化学键强度和性质态及相互作用的化学键强度和性质。干福熹认为熔体的析晶能力主要决定于两方面因

29、素：干福熹认为熔体的析晶能力主要决定于两方面因素：一是熔体结构网络的断裂程度；一是熔体结构网络的断裂程度；（2）熔体结构）熔体结构Na2OSiO2析晶能力的变化析晶能力的变化第44页，讲稿共53张，创作于星期二二是熔体中所含网络变性体及中间体氧化物的作用二是熔体中所含网络变性体及中间体氧化物的作用电场强度较大的网络变性体离子由于对硅氧四面体电场强度较大的网络变性体离子由于对硅氧四面体的配位要求，使近程有序范围增加，容易产生局部积聚的配位要求，使近程有序范围增加，容易产生局部积聚现象，易析晶；现象，易析晶；当电场强度相同时，加入易极化的阳离子使析晶能当电场强度相同时，加入易极化的阳离子使析晶能力

30、降低；力降低；添加中间体时，因其吸引了网络变性离子，析晶能力添加中间体时，因其吸引了网络变性离子，析晶能力下降。下降。第45页，讲稿共53张，创作于星期二（3）界面情况）界面情况虽然晶态比玻璃态更稳定，具有更低的自由焓。但虽然晶态比玻璃态更稳定，具有更低的自由焓。但由过冷熔体变为晶态的相变过程却不会自发进行。如要由过冷熔体变为晶态的相变过程却不会自发进行。如要使这过程得以进行，必须消耗一定的能量以克服由亚稳使这过程得以进行，必须消耗一定的能量以克服由亚稳的玻璃态转变为稳定的晶态所须越过的势垒。从这个观的玻璃态转变为稳定的晶态所须越过的势垒。从这个观点看，点看，各相的分界面对析晶最有利，在它上面

31、较易形成晶核。各相的分界面对析晶最有利，在它上面较易形成晶核。各相的分界面对析晶最有利，在它上面较易形成晶核。各相的分界面对析晶最有利，在它上面较易形成晶核。一般说来，一般说来，玻璃表面比内部容易析晶，玻璃表面比内部容易析晶，易产生非均匀成易产生非均匀成核。核。第46页，讲稿共53张，创作于星期二（4）外加剂）外加剂微量外加剂或杂质微量外加剂或杂质会促进晶体的生长会促进晶体的生长会促进晶体的生长会促进晶体的生长，因为外加剂因为外加剂在晶体表面上引起的不规则性犹如晶核的作用。熔在晶体表面上引起的不规则性犹如晶核的作用。熔体中杂质还会增加界面处的流动度，使晶格体中杂质还会增加界面处的流动度，使晶格

32、更快地定更快地定更快地定更快地定向向向向。第47页，讲稿共53张，创作于星期二8.15 如在液相中形成边长为 a 的立方体晶核时，求出“临界核胚”立方体边长 a*和 G*。为什么立方体的 G*大于球形 G*?第48页，讲稿共53张，创作于星期二已知新相形成时除过界面能以外单位体积自由焓变化为1108J/m3，比表面能为1 J/m2，应变能可以忽略不计。试计算界面能为体积自由能的1%时球形新相的半径。与临界半径比较，此时的新相能否稳定长大？形成此新相时系统自由焓变化为多少？第49页，讲稿共53张，创作于星期二8.11何谓均匀成核?何谓不均匀成核?晶核剂对熔体结晶过程的临界晶核半径 r*有何影响?

33、解：均匀成核在均匀介质中进行，在整体介质中的核化可能性相同，与界面，缺陷无关；非均匀成核在异相界面上进行，如容器壁，气泡界面或附着于外加物（杂质或晶核剂）；第50页，讲稿共53张，创作于星期二简述过冷度T对晶核形成速率Iv和晶体生长速率U的影响，以及如何获得粗晶？过冷度对于液固相变过程的成核和晶体生长的影响较大。首先，过冷度是液固相变的推动力，当体系处于过冷状态时，核胚才能形成稳定的晶核。随着过冷度的增加，晶核形成的推动力增加，因此，晶核形成的速率加快。但若过冷度过大，则会导致体系内质点扩散速率减慢，从而导致晶核形成速率降低。因此，当过冷度适当时，才可能使成核速率达到最大。对于晶体生长速度而言

34、，存在着与成核过程类似的影响，但晶核形成后，晶体生长的速度主要取决于质点的扩散速率，因此，对应于晶体生长速率最大的过冷度要比成核速率最大时过冷度低。对于总的结晶速率而言，只有当成核速率和晶体生长速度均较大时，其总结晶速率才能达到最大。当过冷度较低时，晶体生长速率较大，而成核速率较小，此时，晶体晶粒大，但不多，由此可获得粗晶。5、影响结晶速率的因素、影响结晶速率的因素P428第51页，讲稿共53张，创作于星期二本章重点提示：uu什么是什么是什么是什么是相变相变相变相变、相变过程，相变过程的分类，、相变过程，相变过程的分类，、相变过程，相变过程的分类，、相变过程，相变过程的分类，相变推动力相变推动

35、力相变推动力相变推动力，相变过程的温度条件。相变过程的温度条件。相变过程的温度条件。相变过程的温度条件。uu析晶的两个过程析晶的两个过程析晶的两个过程析晶的两个过程(成核与长大成核与长大成核与长大成核与长大)，均态核化和非均态核化均态核化和非均态核化均态核化和非均态核化均态核化和非均态核化的含的含的含的含义；均态核化的临界半径和相变活化能；非均态核化的相义；均态核化的临界半径和相变活化能；非均态核化的相义；均态核化的临界半径和相变活化能；非均态核化的相义；均态核化的临界半径和相变活化能；非均态核化的相变活化能与均态核化的相变活化能的关系，从理论上进行变活化能与均态核化的相变活化能的关系，从理论

36、上进行变活化能与均态核化的相变活化能的关系，从理论上进行变活化能与均态核化的相变活化能的关系，从理论上进行解释；解释；解释；解释；核化速率和晶化速率与温度的关系，画图说明核化速率和晶化速率与温度的关系，画图说明核化速率和晶化速率与温度的关系，画图说明核化速率和晶化速率与温度的关系，画图说明，并并并并指出形成晶体或玻璃有利的温度区间指出形成晶体或玻璃有利的温度区间指出形成晶体或玻璃有利的温度区间指出形成晶体或玻璃有利的温度区间。总的结晶速率用什么。总的结晶速率用什么。总的结晶速率用什么。总的结晶速率用什么表征。表征。表征。表征。uu分析影响结晶速率的因素。分析影响结晶速率的因素。分析影响结晶速率的因素。分析影响结晶速率的因素。第52页，讲稿共53张，创作于星期二感谢大家观看第53页，讲稿共53张，创作于星期二