精密合金材料从热力学上讲，当固体从液体中出现而产生一个新的界面时，在界面处产生了一个自由能增益。获得的自由能与产生的固体粒子的表面积成正比。精密合金材料对于如上所述的同一球体，半径为r时，自由能增益为其中，所有都有其通常的含义，‘γ’为球面单位面积的界面自由能。体积自由能变化和界面自由能变化描述了熔体中固体体积产生时，由于这两种成分的结果而导致的整体自由能变化。
精密合金材料当r较小时，自由能变化的总和为正。然而，当r增加时，这个和变成负的。峰值正值对应于临界半径“rc”或胚胎晶体。胚胎晶体的半径必须大于“rc”，从而使δg的自由能变化为负，胚胎晶体变得稳定，生长继续进行。另一方面，精密合金材料在达到“rc”之前，自由能变化的总和仍然是正的，并产生一个障碍，阻碍成核和随后的生长。意图分析显示，随着温度下降，“rc”继续下降。这意味着，随着温度的降低，越来越多的胚胎晶体趋于稳定，均相成核的可能性增加，允许生长过程继续进行。
由此可见，精密合金材料均匀成核条件在开始时对核的稳定性并不有利，因为要使均匀成核有效，必须有相当大的过冷量。然而，在铸造厂铸造的实际情况中，熔体不需要过冷以使均匀、稳定的核形成，从而开始凝固过程。这是因为，在实际铸造熔体中，凝固过程是由异相形核开始的。
精密合金材料对于非均相成核，生长的初始界面是由外来粒子[9]提供的。这种外来颗粒可以来自外部，也可以在熔体中形成。杂质、外来颗粒甚至结晶器壁都能提供成核所需的部分表面能。众所周知，成核所需的活化能(自由能垒)较少。因此，精密合金材料底态的存在降低了自由能势垒，有助于形成更有生长能力的原子核。这被称为非均相成核，它比均相成核[10]需要更少的活化能。
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