均匀成核理论资料.ppt

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1、5.均匀成核1.根据热力学原理，当熔体过冷至熔点温度以下时，就会出现结晶现象。首先，在熔体中会形成许多大小不等、与固相结构相同的基元团，这里我们把它们叫做晶胚。这些晶胚再靠凝聚熔体中的溶质原子而不断长大，形成具有一定临界大小的晶核，继而发育成完整的晶体。整个结晶过程就是形成晶核和晶核不断长大的过程2.所谓成核就是指新相在旧相中开始形成时，并非在亚稳系统的全部体积内同时发生，而是在旧相中的某些位置产生小范围的新相，在新相和旧相之间有比较清晰的界面将它们分开。这种在旧相中诞生小体积新相的现象就是成核。一次成核是指系统中不含有结晶物质时

2、的成核。如果成核是自发产生的，而不是靠外来的质点或基底的诱发，这样的成核就是均匀成核。相反，如果成核是靠外来的质点或基底的诱发而产生的，这样的成核就叫做非均匀成核。有时，晶核可以在系统中已经存在的晶体附近产生，这种在有晶体存在的条件下的成核现象叫做二次成核。5.1晶核的临界半径及成核功∆GV:体积自由能；∆Gs：界面自由能；∆GE：固态形变能由式可见，形成临界晶核时的自由能变化为正值，形成临界晶核时，所释放的体积自由能只能补偿表面自由能增高的三分之二，还有三分之一的表面自由能必须从能量起伏中提供，如图所示。这一结论与晶核形状无关。

3、因此，也称为成核功，这部分能量就是过冷熔体或过饱和溶液开始成核的主要障碍，过冷熔体或过饱和溶液迟迟不能成核的主要原因也正在于此.5.2成核速率6非均匀成核均匀成核理论告诉我们晶核在亚稳流体相中各处的成核几率是相同的，同时需要克服相当大的表面能位垒，即需要相当大的过冷度（或过饱和度）才能成核。但是，也发现在许多亚稳流体相中，成核所需要的过冷度或过饱和度远低于均匀成核理论所预言的数值。研究发现，由于在这些亚稳的流体相中总是包含有微量杂质和各种外表面，进行相变的物质系统将通过在杂质或各种外表面上成核，以图减少由于系统表面能增加所造成的障

4、碍。结果是原有的界面被“消除”，而净表面能的变化就可获得某种程度的减少。6.1表面能：指将表面增大一个单位面积所需要作的功，以s表示之。如果作用于液体表面上单位长度周界上一个力，其方向是沿周界的内法线并与界面相切，这样向外拉，于是就增大液体表面而作了功，此力将使液体表面积周界拉长增加，这个力是用来抵消表面单位长度上的收缩力大小,这个力我们称之为表面张力，液体的表面能和表面张力的数值与纲是相同的。以后涉及表面能时往往就用表面张力来代替。6.2接触角6.2成核功临界半径