第二章纯金属的结晶2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？答：2-2如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。答：2-3为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：金属结晶时需过冷的原因：如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是________，所以液相________。当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，________，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。把Tm-Tn的差值称为________影响过冷度的因素：金属________，过冷度大小不同；金属________，则________；当材质和纯度一定时，________，实际结晶温度越低。固态金属熔化时是否会出现过热及原因：会。原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，________，固态金属才会发生自发地熔化。2-4试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。答：相同点：________都是体积自由能的下降，________都是表面能的增加。具有________。所需________都等于所增加表面能的1/3。不同点：非均匀形核的________小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变化而变化。非均匀形核所需要的________小于等于均匀形核的临界过冷度。两者对形核率的影响因素不同。非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的影响，还受________及其他一些物理因素的影响。2-5说明晶体生长形状与温度梯度的关系。答：液相中的温度梯度分为：正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的________的温度分布情况。负温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的________的温度分布情况。固液界面的微观结构分为：光滑界面：从________看，界面是光滑的，液固两相被截然分开。在金相显微镜下，由________组成。粗糙界面：从原子尺度看，界面高低不平，并存在着几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中，液固两相原子相互交错分布。在金相显微镜下，这类界面是平直的。晶体生长形状与温度梯度关系：在正温度梯度下：结晶潜热只能________散失。光滑界面的晶体，其显微界面（显微镜下观察到的界面）-晶体学小平面与熔点等温面成一定角度，这种情况有利于形成规则几何形状的晶体，固液界面通常________。粗糙界面的晶体，其显微界面________，与散热方向垂直，所以晶体长大只能随着液体冷却而均匀一致地向液相推移，呈________，固液界面始终保持近似地平面。在负温度梯度下：具有光滑界面的晶体：如果杰克逊因子不太大，晶体则可能呈树枝状生长；当杰克逊因子很大时，即时在较大的负温度梯度下，仍可能形成规则几何形状的晶体。具有粗糙界面的晶体呈________。树枝晶生长过程：固液界面前沿过冷度较大，如果界面的某一局部生长较快偶有突出，此时则更加________。在尖端的前方，结晶潜热散失要比横向容易，因而此尖端向前生长的速度要比横向长大的速度大，很块就长成一个细长的晶体，称为________。这些主干即为________。在主干形成的同时，主干与周围过冷液体的界面也是不稳的的，主干上同样会出现很多凸出尖端，它们会长大成为新的枝晶，称为称为二次晶轴或二次晶枝。二次晶枝发展到一定程度，又会在它上面长出三次晶枝，如此不断地枝上生枝的方式称为树枝状生长，所形成的具有________，简称枝晶。2-6简述三晶区形成的原因及每个晶区的特点。答：三晶区的形成原因及各晶区特点：
第二章纯金属的结晶
2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2
b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？
答：
2-2如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。
答：
2-3为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？
答：
金属结晶时需过冷的原因：
如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是________，所以液相________。当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，________，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。把Tm-Tn的差值称为________
影响过冷度的因素：
金属________，过冷度大小不同；金属________，则________；当材质和纯度一定时，________，实际结晶温度越低。
固态金属熔化时是否会出现过热及原因：
会。原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，________，固态金属才会发生自发地熔化。
2-4试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。
答：
相同点：
________都是体积自由能的下降，________都是表面能的增加。
具有________。
所需________都等于所增加表面能的1/3。
不同点：
非均匀形核的________小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变化而变化。
非均匀形核所需要的________小于等于均匀形核的临界过冷度。
两者对形核率的影响因素不同。非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的影响，还受________及其他一些物理因素的影响。
2-5说明晶体生长形状与温度梯度的关系。
答：
液相中的温度梯度分为：
正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的________的温度分布情况。
负温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的________的温度分布情况。
固液界面的微观结构分为：
光滑界面：从________看，界面是光滑的，液固两相被截然分开。在金相显微镜下，由________组成。
粗糙界面：从原子尺度看，界面高低不平，并存在着几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中，液固两相原子相互交错分布。在金相显微镜下，这类界面是平直的。
晶体生长形状与温度梯度关系：
在正温度梯度下：结晶潜热只能________散失。
光滑界面的晶体，其显微界面（显微镜下观察到的界面）-晶体学小平面与熔点等温面成一定角度，这种情况有利于形成规则几何形状的晶体，固液界面通常________。
粗糙界面的晶体，其显微界面________，与散热方向垂直，所以晶体长大只能随着液体冷却而均匀一致地向液相推移，呈________，固液界面始终保持近似地平面。
在负温度梯度下：
具有光滑界面的晶体：如果杰克逊因子不太大，晶体则可能呈树枝状生长；当杰克逊因子很大时，即时在较大的负温度梯度下，仍可能形成规则几何形状的晶体。
具有粗糙界面的晶体呈________。
树枝晶生长过程：固液界面前沿过冷度较大，如果界面的某一局部生长较快偶有突出，此时则更加________。在尖端的前方，结晶潜热散失要比横向容易，因而此尖端向前生长的速度要比横向长大的速度大，很块就长成一个细长的晶体，称为________。这些主干即为________。在主干形成的同时，主干与周围过冷液体的界面也是不稳的的，主干上同样会出现很多凸出尖端，它们会长大成为新的枝晶，称为称为二次晶轴或二次晶枝。二次晶枝发展到一定程度，又会在它上面长出三次晶枝，如此不断地枝上生枝的方式称为树枝状生长，所形成的具有________，简称枝晶。
2-6简述三晶区形成的原因及每个晶区的特点。
答：
三晶区的形成原因及各晶区特点：
题目解答
答案
熵值比固态高 自由能下降的比固态快 才能使Gs＜Gl 液态金属的过冷度 材质不同 纯度越高 过冷度越大 冷却速度越大，则过冷度越大 Gl＜Gs 形核驱动力 形核阻力 相同的临界形核半径 形核功 △Gk 临界过冷度 固态杂质结构、数量、形貌 增加而提高 增加而降低 原子尺度 曲折的若干小平面 通过已结晶的固相和型壁 呈锯齿状 平行于熔点等温面 平面长大方式 树枝状生长 有利于此突出尖端向液体中的生长 主干 一次晶轴或一次晶枝 树枝状骨架的晶体称为树枝晶