相變態與動力學

異質成核(heterogeneous nucleation)

在吹泡棒的圈緣上吹肥皂泡,比在半空中吹容易得多;露水也是先凝在草葉上,而不是憑空出現。異質成核就是新相在既有表面上形成,例如晶界、雜質顆粒、差排,或模壁,這些表面替核分擔了一部分工作。

當核在壁上形成時,它可以是一個帽狀團簇,與既有表面共用一部分邊界,於是相同的新相體積只需造出較少的新界面。這會依潤濕(接觸)角的一個形狀因子把能障降低。一個潤濕良好的優質基底能大幅削減能障,於是異質成核在很小的過冷下就能進行,常常只要幾度。

幾乎所有真實的成核都是異質的。這就是為什麼鑄件在接近熔點時就凝固、為什麼晶界是波來鐵等固態產物最愛的位置,也是為什麼鑄造廠會加入接種劑(刻意添加的成核顆粒)來控制晶粒大小。驅動力一樣,但起頭容易得多。

在熔融的鋁裡加入細小的鈦與硼顆粒,提供無數異質成核位置,於是金屬凝固成許多小晶粒,而不是少數粗大晶粒,這樣的鑄件更強、更韌。

為熔液播下良好的表面種子,你就能控制晶粒大小。

異質成核降低的是能障,不是臨界半徑 r*;形成的核依然是臨界大小,只是因為部分表面被共用,所需的原子數較少。

又称
非均勻成核