复习+01精要.ppt

1.试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为?G0；由单位体积自由能的变化 ??????????????????????????????可知，只有?T0，才有?Gv0。即只有过冷，才能使?G0。动力学条件为液-固界面前沿液体的温度TTm(熔点)，即存在动态过冷。由临界晶核形成功A＝1/3?S可知，当形成一个临界晶核时，还有1/3的表面能必须由液体中的能量起伏来提供。液体中存在的结构起伏，是结晶时产生晶核的基础。因此，结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。 ?Gv=－Lm·?T/Tm 2.如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点(Tm＝1453℃)的比值为0.18，试求其凝固驱动力。(ΔHm＝-18075J/mol) 解：根据凝固的热力学条件得知 ?Gv=-Lm·?T/Tm =?Hm·?T/Tm =-18075?0.18 =-3253.5 J?mol-1 3. 已知Cu的熔点Tm＝1083℃，熔化潜热Lm＝1.88×103J/cm3，比表面能σ＝1.44×105 J/cm3。 (1) 试计算Cu在853℃均匀形核时的临界晶核半径。 (2) 已知Cu的相对原子质量为63.5，密度为8.9g/cm3,求临界晶核中的原子数。 解：(1). 均匀形核临界晶核半径可表示为 带入已知条件可得 r* = 2?Tm/Lm?T = = 9.03?10-10m (2). 根据已知条件，Cu的摩尔体积为 cm3mol-1 则每个Cu原子体积为 m3 根据(1)可知临界晶核体积为 m3 则临界晶核原子数为 4. 比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。 实际结晶温度与理论结晶温度之间的温度差，称为过冷度(?T＝Tm一Tn)。它是相变热力学条件所要求的，只有?T0时，才能造成固相的自由能低于液相自由能的条件，液、固相间的自由能差便是结晶的驱动力。过冷液体中，能够形成等于临界晶核半径的晶胚时的过冷度，称为临界过冷度(?T*)。显然，当实际过冷度?T?T*时，过冷液体中最大的晶胚尺寸也小于临界晶核半径，故难于成核；只有当?T?T*时，才能均匀形核。所以，临界过冷度是形核时所要求的。晶核长大时，要求液-固界面前沿液体中有一定的过冷，才能满足(dN／dt)F(dN／dt)M，这种过冷称为动态过冷度(?Tk＝Tm一Ti)，它是晶体长大的必要条件。 5. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 (1) 平面状长大：当液体具有正温度梯度时，晶体以平直界面方式推移长大。此时，界面上任何偶然的、小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分 赶上，因而能保持平直界面的推移。长大中晶体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，而其他方向的生长则受到抑制。 (2)树枝状长大：当液体具有负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升高，过冷度降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成，相互平行分布。 6. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径rr*的晶胚不能成核；rr*的晶胚才有可能成核；而r＝r*的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。因此，半径为r*的晶胚称为临界晶核。其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程有序的原子团，当其尺寸r≥r*时，这样的原子团便可成为晶核而长大。临界晶核半径r*，其大小与过冷度有关，则有 7. 简述纯金属晶体长大的机制。 晶体长大机制是指晶体微观长大方式，它与液-固界面结构有关。对于纯金属，具有粗糙界面，因界面上约有50％的原子位置空着，这些空位都可接受原子，故液体原子可以单个进入空位，与晶体相连接，界面沿其法线方向垂直推移，呈连续式长大。 8. 试分析下列说法的正确性，并改正之。 1). 所谓过冷度，是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。 2). 若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶后就可以 形成10 000颗晶粒。 3). 从非均匀形核功的计算公式??????????????