第十一章凝固理论基础 (2)形核阶段。根据物理化学理论,凝固的形核过程要求有一定的过冷度。特别 是对均质形核,要求有较大的过冷度,因而温度将会降低到凝固温度以下; (3)晶核的长大。稳定的晶核形成以后,将会持续长大,不断释放出凝固潜热, 这时温度将会回复到凝固温度; (4)完全凝固后金属降温。高温固态金属逐步释放显热,向常温过渡。 温度梯度的影响 相图表示的凝固过程在是一个理想的平衡凝固过程,在凝固温度时,温度将保持不 变直到金属完全凝固。实际凝固过程是非平衡过程,在金属内部的热量要求向外传输的 过程中,要求有一定的温度梯度。晶体要长大,则界面温度必须低于凝固温度。界面上 的过冷度提供了使界面向液相方向推移的驱动力,使凝固得以持续进行。在界面的过冷 度越大,则晶体长大的驱动力越大。虽然长大速率仅仅取决于界面的过冷度,但实际警 惕的长大方式取决于在界面前方液体中的热量条件--温度梯度 按照温度梯度和凝固方向的一致与否,可将其分为正温度梯度和负温度梯度。如果 在液相中的温度随着离开界面的距离增加而增髙,则认为这种温度梯度为正温度梯度 反之,则认为是负温度梯度 (1)在正的温度梯度下长大 液相 液耜 G正i 界面~T 固相液相 相 固相液相 融將 界面的初始形状其有不稳 由不稳定形状的界面 形状的界 发展后出现的形态 图11-2 血)与界面邻接的固相和液相区域的度分布示意图:B)与界面邻接的固相和液相区城的温皮分布示意图 在圖相和液相中温度梯度都是正的。由于固相具有更高在液相中具有负的温度梯度,而在固相中具有正的温度 的导热性,所以Gx>G1b)说明任一不稳定的凸出梯度b)在界画上任一凸出都分当它的末梢突出到温 都分由于凸出部分的末棉逛度超过熔化温度而被熔化的度低于熔化温度的液相中时,其形态及稳定性变化的颗 顺序示意图 序示意图 当晶体在正的温度梯度下长大时,凝固过程如图11-2所示。在固液界面所产生的 凝固潜热必须通过固相而散失。通过固相使热量散失的速率控制着界面推移的速率,如 果界面的凝固潜热没有被排除,则界面上的温度将升髙,长大速率逐渐下降。最后,当 温度达到凝固温度TM时,晶体长大将停止下来。在正的温度梯度下长大时,如果界面第十一章 凝固理论基础 182 （2） 形核阶段。根据物理化学理论，凝固的形核过程要求有一定的过冷度。特别 是对均质形核，要求有较大的过冷度，因而温度将会降低到凝固温度以下； （3） 晶核的长大。稳定的晶核形成以后，将会持续长大，不断释放出凝固潜热， 这时温度将会回复到凝固温度； （4） 完全凝固后金属降温。高温固态金属逐步释放显热，向常温过渡。 二、 温度梯度的影响 相图表示的凝固过程在是一个理想的平衡凝固过程，在凝固温度时，温度将保持不 变直到金属完全凝固。实际凝固过程是非平衡过程，在金属内部的热量要求向外传输的 过程中，要求有一定的温度梯度。晶体要长大，则界面温度必须低于凝固温度。界面上 的过冷度提供了使界面向液相方向推移的驱动力，使凝固得以持续进行。在界面的过冷 度越大，则晶体长大的驱动力越大。虽然长大速率仅仅取决于界面的过冷度，但实际警 惕的长大方式取决于在界面前方液体中的热量条件----温度梯度。 按照温度梯度和凝固方向的一致与否，可将其分为正温度梯度和负温度梯度。如果 在液相中的温度随着离开界面的距离增加而增高，则认为这种温度梯度为正温度梯度。 反之，则认为是负温度梯度。 （1） 在正的温度梯度下长大 当晶体在正的温度梯度下长大时，凝固过程如图 11-2 所示。在固-液界面所产生的 凝固潜热必须通过固相而散失。通过固相使热量散失的速率控制着界面推移的速率，如 果界面的凝固潜热没有被排除，则界面上的温度将升高，长大速率逐渐下降。最后，当 温度达到凝固温度 TM 时，晶体长大将停止下来。在正的温度梯度下长大时，如果界面 图 11-2 图 11-3 182