[10] 请分析解释在正温度梯度下凝固,为什么纯金属以平面状方式生长,而固溶体合金却往往以树枝晶方式长大?

考查要点：本题主要考查金属凝固过程中温度梯度、过冷度以及溶质再分配对晶体生长形态的影响。

解题核心思路：

1. 纯金属的凝固过程中，由于无溶质原子，液固界面处的温度分布均匀，过冷度仅由温度梯度决定，小突起处的过冷度不足以促进其生长，因此保持平面状生长。
2. 固溶体合金中，溶质原子的再分配导致成分过冷，液固界面处的小突起因局部过冷度增大而优先生长，最终形成树枝晶。

破题关键点：

• 正温度梯度下，纯金属与合金的液固界面特性差异。
• 溶质再分配对成分过冷的贡献，以及过冷度对晶体生长的驱动作用。

纯金属的平面状生长

1. 等温液固界面：纯金属凝固时，液固界面处温度均匀（等温），因无溶质原子，不存在成分过冷。
2. 过冷度抑制突起：小突起处的过冷度由温度梯度决定，但过冷度较小，无法持续生长，突起被抑制，液固界面保持平直。

固溶体合金的树枝晶生长

1. 溶质再分配：凝固时，溶质原子在液相中扩散速度慢于固相生长速度，导致液固界面附近溶质富集。
2. 成分过冷：溶质富集降低局部熔点，使小突起处的过冷度显著增大，促进突起快速生长，形成树枝状结构。