13、 描述杂质颗粒在液态金属中运动的斯托克斯公式中，杂质上浮速度的影

响因素？ 14、

与具有晶体结构的固态金属相比，液态金属的原子结构或原子分布状态

有什么不同? 15、

液态金属的粘度与温度有怎样的关系？在金属熔点附近的温度区间和

远高于熔点的温度区间，温度对粘度的影响有什么不同？ 16、

利用表面张力平衡原理，写出表面张力与润湿角的关系式，并讨论不润

湿和完全润湿的表面张力条件。 17、

某溶质对某液态金属是表面活性物质，则在液态金属的表面聚集的溶质

原子对液态金属的表面张力产生怎样的影响？

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减少表面张力。

液态金属的凝固形核及生长方式：

1、 为什么过冷度是液态金属凝固的驱动力？

因为只有实际结晶温度低于理论结晶温度，才能满足晶体结晶的热力学条件，过冷度越大固液两相的自由能相差更大，液态金属结晶的驱动力也更大，结晶速度也越快。

2、 何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程是如何克服这两个能障的？

热力学能障——由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生，能直接影响到体系自由能的大小，界面自由能即属于这种情况。

动力学能障——由金属原子穿越界面过程所引起，原则上与驱动力的大小无关而仅取决于界面的结构与性质，激活自由能即属于这种情况。

热力学能障对生核过程影响很大，动力学能障在晶体生长过程中则具有重要的作用。液态金属凝固过程中必须克服热力学和动力学两个能障。

液态金属在成分、温度、能量上是不均匀的，即存在成分、相结构和能量三个起伏，也正是这三个起伏才能克服凝固过程中的热力学能障和动力学能障，使凝固过程不断地进行下去。

3、 假设液体金属在凝固时形成的临界核心是边长为a*立方体形状； （1） 求均质形核时的a*与?G*的关系式。

（2） 证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方形晶核更容易形成。

解：（1）对于立方形晶核： 令：

?G方??a3?GV?6a2?CL

d?G方?0 da①

则有：

?3a2?GV?12a?CL?0，

其临界晶核尺寸为：

6

a*?由此可得：

4?CL， ?GV?CLa*?GV?，

4代入①，则得方形晶核的临界形核功ΔG方*与边长a*的关系式为：

a*?GVa*2?GV?G方??a?GV?6a??

42**3*2（2）对于球形晶核：

球形临界晶核半径：

4*?G球???r3?GV?4?r2?CL

3①

r*?则有：

2?CL， ?GV2?r*2?GV?G?，

3*球所以：

?G*方a*2?GV?G?2*球2?r*2?GV6??1 3?因此，球形晶核较立方形晶核更易形成。

4、 假设?H、?S与温度无关，试证明金属在熔点上不可能凝固。 5、 熔化熵与液固界面结构有什么关系？

α=Sm/8.31 α≤2,

熔化熵小，粗糙表面。 α≥3

熔化熵大，平整表面。

6、 已知Ni的Tm=1453℃，L=-1870J/mol，σLC=2.25×10-5J/cm2，摩尔体积为6.6cm3，设最大过冷度为319℃，求?G均*，r均*。

解：

3222?r*2?GV16??CLTm2?(2.25?10－5)3?（1453＋273）?17?G????6.95?10 J222233L?T(18706.6)?319*均

7

2??CLTm2?(2.25?10－5)?（1453＋273）r???8.59?10?9 m

L?T(18706.6)?319*均7、 什么样的界面才能成为异质结晶核心的基底？

从理论上来说，如果界面与金属液润湿，则这样的界面就可以成为异质形核的基底，否则就不行。但润湿角难于测定，可根据夹杂物的晶体结构来确定。当界面两侧夹杂和晶核的原子排列方式相似，原子间距离相近，或在一定范围内成比例，就可以实现界面共格相应。完全共格或部分共格的界面就可以成为异质形核的基底，完全不共格的界面就不能成为异质形核的基底。

8、 固液界面结构对应的晶体生长方式和生长速度如何？

垂直生长 侧向生长

9、 共晶两相的的液固界面结构对共晶生长形态有什么影响？

共生生长：两相彼此紧密相连，相互依赖生长，两相前方液体区域有溶质运动。

离异生长：共晶两相没有共同的生长界面，各自以不同速度独立生长。两相析出时间和空间是分离的。分为“晕圈型”和“晶间偏析型”。

10、 11、

阐述影响晶体生长的因素。

固-液界面结构达到稳定的条件是什么？

温度、粘度、结晶速度、杂质、涡流

固液界面结构稳定时须使体系满足自由能最小，对应于界面能最小，具体说来，当α≤2 时，表面层内沉积 50%个左右的原子时，固液界面能达最小值，即此时粗糙界面是稳定的；当α>3 时，表面层内只有少数点阵位置被占据或是绝大部分位置被占据后而仅留下少量空位，即此时光滑界面是稳定的。

12、

阐述粗糙界面与平整界面间的关系。

粗糙界面：固相一侧的点阵位置只有约50%被固相原子所占据，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面结构，也称“非小平面”。

光滑界面：界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。

关系：原子尺度上的界面差别。

13、 液态金属结晶的热力学条件是什么？

结晶过程中金属原子要达到一个稳定的状态，必须经过一个自由能更高的中间过渡状态，相变势垒。由于不能使系统的自由能过高，系统用起伏作用为相变提供了可能。在存在相变驱动力的前提下，液态金属的结晶需要通过起伏作用克服热力学障碍和动力学障碍，并

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