簡(jiǎn)介

對液體的一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的看法是將其想像為隨機分布的硬球構成。液體中原子間的距離與晶態(tài)相相近，但在液相中每個(gè)原子的平均最相鄰原子數比晶體的少。因而結構較為開(kāi)放，并且其原子比固態(tài)有較大的活動(dòng)性。整個(gè)液體內布滿(mǎn)著(zhù)細小的、緊密堆垛的、堆垛排列與固態(tài)相似的原子團。由于結構的開(kāi)放性，這些原子團可快速地形成與消散。原子團尺寸與穩定性之間的關(guān)系取決于溫度。

為導出一種簡(jiǎn)單的有關(guān)尺寸與穩定性之間關(guān)系的計算法，我們作兩個(gè)假設。第一，原子團與液體間界面的能量為各向同性的，即與形成此界面的特定晶面無(wú)關(guān)。這樣的限制暗示形成的相是球形的。第二，單位表面的界面能與固相尺寸無(wú)關(guān)。雖然大多數情況下轉變產(chǎn)物的顯微結構并不是球狀的，但采用簡(jiǎn)單的幾何形狀的模型，經(jīng)過(guò)不大的修改就可應用于實(shí)際系統。

與液-固轉變相關(guān)的自由能變化包含著(zhù)兩個(gè)特定的部分：第一部分是與形成液-固界面相關(guān)的能量變化，第二部分是液、固相體積自由能的差別。球形顆粒的總界面能是界面積（

第二項能量項是體積自由能。它是固相和液相的自由能差乘以顆粒的體積。對于

總的自由能變化為表面能項與體積自由能項之和。加和的結果如下圖（c）所示。要注意這兩個(gè)能量項朝著(zhù)相反的方向變化。開(kāi)始時(shí)r面積項起支配作用，當顆粒變得比較大時(shí)總自由能量增加。然而，一旦達到臨界半徑后，r體積項就開(kāi)始起支配作用，顆粒半徑進(jìn)一步增加導致系統自由能下降。這樣，就存在一個(gè)穩定核的臨界半徑，即較小的將溶入液相而較大的顆粒將繼續長(cháng)大。

均勻形核

臨界晶核半徑

前面指出，在過(guò)冷的液體中并不是所有的晶胚都可以轉變成為晶核，只有那些尺寸等于或大于某一臨界尺寸的晶胚才能穩定的存在，并能自發(fā)地長(cháng)大。這種等于或大于臨界尺寸的晶胚即為晶核。為什么過(guò)冷液體形核要求晶核具有一定的臨界尺寸，這需要從形核時(shí)的能量變化進(jìn)行分析。

在一定的過(guò)冷度條件下，固相的自由能低于液相的自由能，當在此過(guò)冷液體中出現晶胚時(shí)，一方面原子從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)將使系統的自由能降低，它是結晶的驅動(dòng)力；另一方面，由于晶胚構成新的表面，形成表面能，從而使系統的自由能升高，它是結晶的阻力。若晶胚的體積為V，表面積為S，固、液兩相單位體積自由能差為

晶粒半徑與△G的關(guān)系

由能的減小將占優(yōu)勢。于是在

充要條件

晶胚尺寸達到臨界尺寸

綜上所述，

析出方式

只要增強體與析出相之間沒(méi)有化學(xué)交互作用，均勻形核的析出相不會(huì )受增強體的影響。在A(yíng)l—Li合金中，獨立地在結構缺陷處形核的共格

基本規律

均勻形核理論可以用一系列公式及圖形表示，利用這些公式進(jìn)行定量計算與實(shí)際情況會(huì )有較大的差別，但是可利用均勻形核理論對一些相變問(wèn)題進(jìn)行定性解釋。根據簡(jiǎn)單的模型，得到下面關(guān)于固態(tài)相變形核的一些基本規律：

①只有

②在形核過(guò)程中存在一個(gè)極值尺寸的晶核

③如果形成晶核尺寸小于

④如果形成晶核尺寸等于

⑤減少界面能及應變能，均可使臨界形核功變小，易于形核。

⑥當形核尺寸大于

⑦因為形核率，與溫度呈指數變化關(guān)系，當

⑧對加熱轉變（如鋼中珠光體向奧氏體轉變）形核率隨過(guò)熱度增加而急劇上升，不會(huì )出現極值現象。