Для образования зародышей критического размера недостаточно энергии, выделяющейся при переходе атомов из жидкости в кристаллы. Она лишь на две трети компенсирует энергетические затраты, связанные с формированием поверхностной энергии или половине энергии, освобождающейся вследствие перехода атомов из жидкой в кристаллическую фазу.
Критический размер зародыша уменьшается с увеличением переохлаждения. От степени переохлаждения зависит и величина флуктуации энергии, необходимой для образования зародыша. Чем больше ΔТ, тем меньше работа образования зародыша. Опыты над металлами подтверждают это. Например, относительная устойчивость (метастабильность) расплавленных металлов резко уменьшается с увеличением переохлаждения и, если оно велико, удержать расплавы от кристаллизации невозможно. При небольших переохлаждениях жидкость настолько устойчива, что можно пользоваться понятием об области метастабильности и ее границе. При температуре выше границы хорошо очищенная от примесей метастабильная жидкость устойчива и без введения зародышей ее трудно закристаллизовать. Граница метастабильности многих чистых металлов соответствует переохлаждениям в десятки и даже сотни градусов. При температурах ниже границы метастабильноси кристаллизация начинается быстро.
Скорость зарождения кристаллов оценивают числом зародышей, образующихся в единицу времени в единице объема жидкости. Поскольку набор фазовых флуктуаций и критическая величина зародыша с понижением температуры изменяются, то меняется и число центров кристаллизации: с увеличением переохлаждения скорость образования зародышей возрастает.
Для металлов скорость образования зародышей монотонно увеличивается с переохлаждением, рис.1.
Для неметаллических веществ связь скорости образования зародышей со степенью переохлаждения сложнее: кривая имеет не только восходящую (1), но и ниспадающую (2) ветвь, рис.1, б. Появление ее обусловлено увеличением вязкости расплава с переохлаждением. Формирование центров кристаллизации связано с переходом атомов от жидкой фазы к зародышевой группировке. Такой переход с понижением температуры затрудняется и скорость образования центров кристаллизации уменьшается. При больших переохлаждениях она может оказаться настолько малой, что жидкости, не кристаллизуясь, переходят при охлаждении в аморфные тела.
