7.均匀形核形核率
(三)形核率
形核率：
表示，形核率是指在单位时间单位体积液相中形成的晶核数目 ，以N 单位为cm -2
形核率对于实际生产十分重要
形核率对于实际生产十分重要，形核率高意味着单位体积内的晶核数目多，结晶后可以获得细小晶粒的金属材料，这种金属材料不但强度高，塑性、韧性也好。 形核率受两个方面因素的控制：
1. 一方面是随着过冷度的增加，品核的临界半径和形核功都随之减小，结果使晶核易于形成，形核率增加；
2. 另一方面，无论是临界晶核的形成，还是临界品核的长大，都必须伴随着液态原子向晶核的扩散迁移，没有液态原子向晶核上的迁移，临界晶核就不可能形成，即使形成了也不可能长大成为稳定晶核。但是增加液态金属的过冷度，就势必降低原子的扩散能力，结果给形核造成困难，使形核率减少。
3. 这一对相互矛盾的因素决定了形核率的大小
=N N 因此形核率可用下式表示N 12
式中，N 1为受形核功影响的形核率因子，N 2为受原子扩散能力影响的形核率因
则是以上两者的综合。 子，形核率N
温度关系的示意图 图2.12 为N 1N 2和与N
由于N 1主要受形核功的控制，而形核功与过冷度的平方成反比，过冷度越大，则形核功越小，因而形核率增加， 故N 1随过冷度的增加，也即温度的降低而增大。
● N 2主要取决于原子的扩散能力，温度越髙，过冷度越小，则原子的扩散能
力越大，因而N 2越大。
的曲线上出现了极大值 ● 在由两者综合而成的形核率N
● 从该曲线可以看出，开始时形核率随过冷度的增加而增大，当超过极大值之
后，形核率又随过冷度的增加而减小，当过冷度非常大时，形核率接近于零。 ● 这是因为
⏹ 温度较高、过冷度较小时，原子有足够髙的扩散能量，此时的形核率主
要受形核功的影响，过冷度增加，形核功减少，晶核易于形成，因而形核率增大；
⏹ 但当过冷度很大（超过极大值后）时，矛盾发生转化，原子的扩散能力
转而起主导作用，所以尽管随着过冷度的增加，形核功进一步减少，但原子扩散越来越困难，形核率反而明显降低了。
对于纯金属而言其均匀形核的形核率与过冷度的关系如图2-12 b所示，
1. 这一实验结果说明，在到达一定的过冷度之前，液态金属中基本不形核，一
旦温度降至某一温度时，形核率急剧增加，一般将这一温度称为有效形核温度。
2. 由于一般金属的晶体结构简单，从固态到液态的原子重构比较容易实现，凝
固倾向十分强烈，形核率在到达曲线的极大值之前即已凝固完毕，看不到曲线的下降部分。
非晶态金属或金属玻璃：
如果采用极快速的冷却技术，例如使冷却速度大于105~108K /S ，那么就可使液态金属过冷至远远超过其极大值，到达形核率为零的温度，这时的液态金属没有
形核即凝固成固体，它的原子排列状况与液态金属相似，这种材料称为非晶态金属，又称金属玻璃。
金属玻璃的性能及应用：
非晶态金属具有高的强度和断裂韧度、优良的磁学性能和卓越的耐蚀性，是电子电力军事体育等领域的高新技术材料。