第六章 液态金属结晶的基本原理
1、怎么从相变理论理解液态金属结晶过程中的生核、成长机理？ 答：相变理论：相变时必须具备热力学和动力学条件。 金属结晶属一种相变过程：
热力学条件即过冷度?T——驱动力?GV
动力学条件：克服能障 热力学能障——界面自由能——形核 动力学能障——激活自由能?GA——长大
若在体系内大范围进行，则需极大能量，所以靠起伏，先生核——主要克服热力学能障，然后出现最小限度的过渡区“界面”，此界面逐渐向液相内推移——长大（主要克服动力学能障）。
2、试述均质生核与非均质生核之间的区别与联系，并分别从临界晶核曲率半径、 生核功两个方面阐述外来衬底的湿润能力对临界生核过冷度的影响。要满足纯金属非均质生核的热力学要求，液态金属必须具备哪两个基本条件？
** 答：（1）r均?r非?2?LC2?LCT0 相等 ??GVL?T43432?3co?s?co3s?但V均??r V非??rf??? f????
334? 非均质生核所需体积小，即相起伏时的原子数少。
3T16??LC** （2）?G??220 ?G非??G均f???
3L?T*均 两种均需能量起伏克服生核功，但非均质生核能需较小。
* （3）右图看出 ????T非?
f?????V非???T?
* 即：对r*：?与?T非的影响.
（4）生核功：
3T16??LC ?G??220f???
3L?T*非* f??????G非??能量起伏???T?
（5）纯金属非均质生核的热力学条件：
3T16??LC2?LC* r? ?G非??220f???
3L?T?GV*非液态金属需具备条件（1）液态金属需过冷 (2)衬底存在。
3、物质的熔点就是固、液两相平衡存在的温度、试从这个观点出发阐述式（4—3） 中r*与?T之间关系的物理意义。
* 答：式4—3 r均?2?LC2?LCT0 ??GVL?T 当 T?T0时， 两相平衡；
当T?T0时，趋于固相：即固相教液相稳定；
*式中看出 ?T??r均? 。
* ? ?T? 即T? ,此时固相更稳定，更易于发生相变，就以较小的r均即可稳定存在。
4、液态金属生核率曲线特点是什么？在实际的非均质生核过程中这个特点又有何变化?
答：实际非均质生核率受衬底面积大小的影响，当衬底面积全部充满后，生核率曲线中断，即不
再有非均质生核。
相变、生核、成长中的热力学及动力学： （1）相变：
热力学条件：?T ，可以提供相变驱动力?GV。 动力学条件：克服热力学能障和动力学能障。 （2）生核：
克服能障：热力学（界面自由能）、动力学?GA（作用小，对生核率影响小） （3）生长：
热力学能障：?GV???lnAF?KTi——取决于AF （处于过冷状态，且相变驱动力克服此能
障）
动力学能障：?GA
5、从原子尺度看，决定固—液面微观结构的条件是什么？各种界面结构与其生长机理和生长速度
之间有何联系？它们的生长表面和生长防线各有什么特点？ 答：（1） 热力学因素：a?L0?n???Sm??????? ????kT0?v??R??v? a?2 粗糙界面 ——平衡结构 a?2 平整界面
动力学因素：大：连续生长——粗糙界面结构 ——非平衡时 ?Tk 小：平整界面的生长——平整界面结构
（2） 粗糙界面：连续生长 R?u1??Tk
完整平整界面：二维生核R?u2e???Tk ?Tk???连续生长
非平整界面：螺旋生长，R?u3?Tk 。 旋转单晶， 反射单晶。
（3） 生长方向： 粗糙界面：各向同性的非晶体单晶等，生长方向与热流方向相平行， 平整界面：密排线相交后的棱角方向 生长表面： 粗糙界面：因是各向同性，光滑的生长表面。 平整界面：棱角分明的密排小晶面，
6、我们从什么尺度着眼讨论单晶合金的结晶过程的？它与结晶的原子过程以及最后的晶粒组织之间存在什么联系？ 答：
（1）从宏观尺度着眼讨论单相合金的结晶过程，主要是与“原子尺度”相区别的。 （2）与结晶的原子过程之间的关系：
不同的结晶方式：平面生长→胞状生长→ 枝晶生长。 原子过程： 小面生长和非小面生长 。
任何一种生长方式都可以是小面生长或非小面生长 （3）与最后的晶粒组织之间的联系。
平面生长：单晶或无分支的柱状晶组织。
胞状生长：胞状晶——一簇为一些平行排列的亚结构。 柱状枝晶生长：柱状枝晶。
等轴枝晶生长（内生长）：等轴枝晶。
7、某二元合金相图如图所示。合金液 成分为wB?40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度达到足以使固—液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：（1）a相与液相之间的平衡分配系数k0；（2）凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几？
（3）画出凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及其位置。
*CS30 解：（1）k0?*??0.5
CL602 (2)根据公式
**?60% CL?C0fLko?1 CL?0.6?0.4f
?0.5L?394??fL2??fL?1?fL??44.4% 2491