纯金属的凝固习题与答案

纯金属的凝固习题与答案

1 说明下列基本概念

凝固、结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、生长线速度、光滑界面、粗糙界面、动态过冷度、柱状晶、等轴晶、树枝状晶、单晶、非晶态、微晶、液晶。

2 当球状晶核在液相中形成时，系统自由能的变化为σππ2

3344r G r G V +∆=∆，

(1)求临界晶核半径c r ；(2)证明V V c c G A G c ∆-

==∆2

31

σ(c V 为临界晶核体积)；(3)说明上式的物理

意义。

3 试比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。

4 何谓动态过冷度?说明动态过冷度与晶体生长的关系。在单晶制备时控制动态过冷度的意义？

5 分析在负温度梯度下，液态金属结晶出树枝晶的过程。

6 在同样的负温度梯下，为什么Pb 结晶出树枝状晶而Si 的结晶界面却是平整的?

7 实际生产中怎样控制铸件的晶粒大小?试举例说明。

8 何谓非晶态金属?简述几种制备非晶态金属的方法。非晶态金属与晶态金属的结构和性能有什么不同。

9 何谓急冷凝固技术?在急冷条件下会得到哪些不同于一般晶体的组织、结构?能获得何种新材料?

. 计算当压力增加到500×105

Pa 时锡的熔点的变化，已知在105

Pa 下,锡的熔点为505K ，熔化热7196J/mol ，摩尔质量为×

10-3

kg/mol ，固体锡的体积质量×103

kg/m 3

，熔化时的体积变化为+%。

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*的团簇个数；

(c)从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔGv ； (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T m =993K ，单位体积熔化热ΔH f =×109

J/m 3

，固液界面自由能γsc =93J/m 2

，原子体积V 0=×10-29

m 3

。

3. (a)已知液态纯镍在×105

Pa(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

例题

1.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）；

对上式积分：