题目
分析纯金属生长形态与温度梯度的关系.
分析纯金属生长形态与温度梯度的关系.
题目解答
答案
纯金属生长形态是指晶体宏观长大时固-液界面的形貌.界面形貌取决于界面前沿液相中的温度梯度.（1）平面状长大：当液相具有正温度梯度时，晶体以平直界面方式推移长大.此时，界面上任何偶然的、小的凸起深入液相时，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.长大过程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，而其它方向的生长则受到限制.
（2）树枝状长大：当液相具有负温度梯度时，晶体将以树枝状方式生长.此时，界面上偶然的凸起深入液相时，由于过冷度的增大，长大速率越来越大；而它本身生长时又要释放结晶潜热，不利于近旁的晶体生长，只能在较远处形成另一凸起.这就形成了枝晶的一次轴，在一次轴成长变粗的同时，由于释放潜热使晶枝侧旁液体中也呈现负温度梯度，于是在一次轴上又会长出小枝来，称为二次轴，在二次轴上又长出三次轴……由此而形成树枝状骨架，故称为树枝晶（简称枝晶）.
解析
考查要点：本题主要考查纯金属在不同温度梯度下晶体生长的形态及其形成机制，需理解温度梯度对固-液界面形貌的影响规律。
解题核心思路：
- 温度梯度的正负是关键因素：正温度梯度（温度随空间升高）导致平面状生长，负温度梯度（温度随空间降低）导致树枝状生长。
- 过冷度与生长速率的关系：凸起部分的过冷度变化决定生长方向，正梯度下凸起生长受抑，负梯度下凸起生长加速。
- 潜热释放的影响：树枝状生长中，晶枝释放潜热形成局部负梯度，促进次级枝晶形成。
（1）平面状长大（正温度梯度）
温度梯度特征
液相中存在正温度梯度，即温度随远离晶体方向升高。
生长机制
- 凸起部分的过冷度减小：当界面上出现小凸起时，其深入液相会进入温度较高的区域，过冷度降低，生长速率下降甚至停止。
- 平直界面的稳定性：凸起无法持续生长，被周围平直区域的晶体“追上”，最终保持平直界面推移。
生长方向
晶体沿温度梯度方向（或散热的反方向）生长，其他方向生长受抑制。
（2）树枝状长大（负温度梯度）
温度梯度特征
液相中存在负温度梯度，即温度随远离晶体方向降低。
生长机制
- 凸起部分的过冷度增大：界面上的凸起深入液相时，进入温度更低的区域，过冷度增加，生长速率显著提高。
- 晶枝释放潜热：凸起生长时释放结晶潜热，导致其周围液体温度回升，形成局部负梯度，促使新凸起在较远处形成，最终发展为次级枝晶。
枝晶结构
- 一次轴：初始凸起发展为粗大的一次轴。
- 次级轴：一次轴释放潜热后，侧旁液体中再次形成负梯度，长出二次轴、三次轴等，形成树枝状骨架。