在纯金属结晶过程中,非均匀形核通常比均匀形核更容易发生。A. 对B. 错
A. 对
B. 错
题目解答
答案
解析
本题考查纯金属结晶过程中均匀形核与非均匀形核的相关知识。解题思路是通过对比均匀形核和非均匀形核的条件和特点,来判断哪种形核方式更容易发生。
均匀形核
均匀形核是指在均匀的母相中,依靠相起伏和能量起伏,在没有任何外来杂质或表面的情况下形成晶核的过程。其形核功 $\Delta G^*$ 由两部分组成,一部分是形成晶核表面所增加的表面能 $\Delta G_s$,另一部分是体积自由能的变化 $\Delta G_v$,即 $\Delta G^* = \Delta G_s+\Delta G_v$。其中,表面能 $\Delta G_s = 16\pi\sigma^3/3(\Delta G_v)^2$($\sigma$ 为比表面能),体积自由能 $\Delta G_v=-V\Delta G_v^0$($V$ 为晶核体积,$\Delta G_v^0$ 为单位体积自由能变化)。均匀形核需要克服较大的形核功,因为晶核在均匀母相中形成时,完全依靠自身的能量起伏和相起伏,周围没有任何可以降低形核功的因素。
非均匀形核
非均匀形核是指在母相中存在杂质、型壁等现成表面的情况下形成晶核的过程。在非均匀形核时,晶核与杂质或型壁等表面相互作用,使得晶核的部分表面能被释放,从而降低了形核功。非均匀形核功 $\Delta G_{het}^*$ 与均匀形核功 $\Delta G^*$ 的关系为 $\Delta G_{het}^* = f(\theta)\Delta G^*$,其中 $f(\theta)$ 是与晶核和基底的接触角 $\theta$ 有关的函数,且 $0 < f(\theta)\leq1$。当 $\theta$ 不同时,$f(\theta)$ 的值不同,一般情况下,非均匀形核的形核功小于均匀形核的形核功。
由于非均匀形核的形核功比均匀形核小,所以在相同的过冷度下,非均匀形核更容易达到形核所需的能量条件,即非均匀形核通常比均匀形核更容易发生。