均勻成核理論

5.均勻成核1.根據(jù)熱力學(xué)原理，當(dāng)熔體過冷至熔點溫度以下時，就會出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象。首先，在熔體中會形成許多大小不等、與固相結(jié)構(gòu)相同的基元團(tuán)，這里我們把它們叫做晶胚。這些晶胚再靠凝聚熔體中的溶質(zhì)原子而不斷長大，形成具有一定臨界大小的晶核，繼而發(fā)育成完整的晶體。整個結(jié)晶過程就是形成晶核和晶核不斷長大的過程2.所謂成核就是指新相在舊相中開始形成時，并非在亞穩(wěn)系統(tǒng)的全部體積內(nèi)同時發(fā)生，而是在舊相中的某些位置產(chǎn)生小范圍的新相，在新相和舊相之間有比較清晰的界面將它們分開。這種在舊相中誕生小體積新相的現(xiàn)象就是成核。一次成核是指系統(tǒng)中不含有結(jié)晶物質(zhì)時的成核。如果成核是自發(fā)產(chǎn)生的，而不是靠外來的質(zhì)點或基底的誘發(fā)，這樣的成核就是均勻成核。相反，如果成核是靠外來的質(zhì)點或基底的誘發(fā)而產(chǎn)生的，這樣的成核就叫做非均勻成核。有時，晶核可以在系統(tǒng)中已經(jīng)存在的晶體附近產(chǎn)生，這種在有晶體存在的條件下的成核現(xiàn)象叫做二次成核。5.1晶核的臨界半徑及成核功?GV:體積自由能；

?Gs：界面自由能；

?GE：固態(tài)形變能由式可見，形成臨界晶核時的自由能變化為正值，形成臨界晶核時，所釋放的體積自由能只能補(bǔ)償表面自由能增高的三分之二，還有三分之一的表面自由能必須從能量起伏中提供，如圖所示。這一結(jié)論與晶核形狀無關(guān)。因此，也稱為成核功，這部分能量就是過冷熔體或過飽和溶液開始成核的主要障礙，過冷熔體或過飽和溶液遲遲不能成核的主要原因也正在于此.5.2成核速率6非均勻成核均勻成核理論告訴我們晶核在亞穩(wěn)流體相中各處的成核幾率是相同的，同時需要克服相當(dāng)大的表面能位壘，即需要相當(dāng)大的過冷度（或過飽和度）才能成核。但是，也發(fā)現(xiàn)在許多亞穩(wěn)流體相中，成核所需要的過冷度或過飽和度遠(yuǎn)低于均勻成核理論所預(yù)言的數(shù)值。研究發(fā)現(xiàn)，由于在這些亞穩(wěn)的流體相中總是包含有微量雜質(zhì)和各種外表面，進(jìn)行相變的物質(zhì)系統(tǒng)將通過在雜質(zhì)或各種外表面上成核，以圖減少由于系統(tǒng)表面能增加所造成的障礙。結(jié)果是原有的界面被“消除”，而凈表面能的變化就可獲得某種程度的減少。6.1表面能：指將表面增大一個單位面積所需要作的功，以s表示之。如果作用于液體表面上單位長度周界上一個力，其方向是沿周界的內(nèi)法線并與界面相切，這樣向外拉，于是就增大液體表面而作了功，此力將使液體表面積周界拉長增加，這個力是用來抵消表面單位長度上的收縮力大小,這個力我們稱之為表面張力，液體的表面能和表面張