材料科学基础 第6章

1. 填空题：

1) 液体结构的重要特征 ；

2) 非均匀形核模型中晶核与基底平面的接触角2/πθ=，表明形核功为均匀形核功

的 ，=θ 表明不能促进形核；

3) 相平衡时，系统内的相数可以通过系统自由度、 和对系统平衡状态能够产生影响

的外界因素数目的关系式来进行计算；

4) 过冷度是指 ；

5) 液固界面按原子尺度，可分为 界面和 界面

2.

判断题： 1)

形成临界晶核时体积自由能的减小只能补偿新增表面积的1/3。 2)

非均匀形核时，临界晶核（曲率）半径决定了晶核的形状和体积大小 3) 非均匀形核总是比均与均匀形核容易，因为非均匀形核一般是以外加固体杂质作为现成

晶核，不需要形核功。

4) 结晶的热力学条件是：0V G V G S σ∆=-∆+<

5) 无论固-液界面微观结构呈粗糙型还是光滑型，晶体生长时液相原子都是一个个地沿着固

相面的垂直方向连接上去的。

6) 固-液界面的微观结构可根据杰克逊因子α来判断：当α≤2时，固-液界面为光滑界面；

当α≥5时，固-液界面为粗糙界面。

7) 从宏观上观察，若液-固界面时平直的称为光滑界面；若液-固界面时由若干小平面组成，

呈锯齿形的称为粗糙界面。

8) 无论温度如何分布，纯金属都是以树枝状方式生长。

3. 简答题：

1) 请简要的分析晶体凝固过程中晶核形成能的能量变化。

2) 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均匀形核的临界形核功也等于三分

之一表面能，为什么非均匀形核比均匀形核容易？

3) 具有粗糙界面的金属，在何种温度梯度下以平面方式长大？在何种温度梯度

下以树枝状方式长大？分别说明其长大过程。

4) 细化金属铸件晶粒的方法有哪些？说明其基本原理。

4. 计算题：

1) 已知纯铜的熔化潜热为29/1088.1m J ⨯，熔点为1089℃；点阵常数为

A 4167.3，发生

均匀形核的过冷度为230K ，21/1044.1m J SL -⨯=σ求铜的临界晶核半径*r 及临界晶核中所含的铜原子数。

2) 考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，100和

200℃，计算：

(a)临界晶核尺寸；

(b)半径为r*的晶核个数；

(c) 从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔG*（形核功）；

(d)从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv 。

铝的熔点Tm=993K ，单位体积熔化热Lm=1.836×109J/m3，固液界面比表面能δ=93mJ/m2，原子体积V 0=1.66×10-29m3。

3)已知液态纯镍在1.013×105Pa(1个大气压)，过冷度为319℃时发生均匀形核。设临界

晶核半径为1nm，纯镍的熔点为1726K，熔化热Lm=18075J/mol，摩尔体积V=6.6cm3/mol，计算纯镍的液-固界面能和临界形核功