晶核的形成和成长精选文档.ppt

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1、晶核的形成和成长本讲稿第一页，共十二页本讲稿第二页，共十二页本讲稿第三页，共十二页 也就是说也就是说,非均匀形核的形核功与均匀形核的形核功之间只相差一非均匀形核的形核功与均匀形核的形核功之间只相差一个形状因子个形状因子S().0 S()1.当当=0时时,S()=0,=0,说明外来质点表面是现成说明外来质点表面是现成的晶核的晶面的晶核的晶面,新相可在此表面上自由生长新相可在此表面上自由生长;当当=10 时时,S()=10-4,非均匀形核的临界形核功较之非均匀形核的临界形核功较之均匀形核微不足道均匀形核微不足道;当当=30 时时,S()=0.02,非均匀形核的临界形核功较之非均匀形核的临界形核功较

2、之均匀形核仍然很小均匀形核仍然很小;当当=90 时时,S()=0.5;当当=180 时时,S()=1,非均匀形核与均匀形核的形核功非均匀形核与均匀形核的形核功相同相同,说明外来质点没有促进形核的作用说明外来质点没有促进形核的作用,非均匀形核不能进非均匀形核不能进行行.本讲稿第四页，共十二页本讲稿第五页，共十二页 衬底形状衬底形状对非均匀形核的影响对非均匀形核的影响 在相同的物质衬底上在相同的物质衬底上,具有相同的曲率半径和润湿角具有相同的曲率半径和润湿角,由于三个衬由于三个衬底形状不同底形状不同,所形成的晶核包含的原子数不一样所形成的晶核包含的原子数不一样.可见促进非均匀形可见促进非均匀形核的

3、能力随界面曲率的方向和大小的不同而异核的能力随界面曲率的方向和大小的不同而异.形核能力依次为形核能力依次为:凹界面衬底凹界面衬底平面衬底平面衬底凸界面衬底凸界面衬底 另外另外,对凹界面衬底而言对凹界面衬底而言,促进非均匀形核的能力促进非均匀形核的能力,随界面曲率增大随界面曲率增大而增大而增大;对凸界面而言对凸界面而言,则随界面曲率的增大而减小则随界面曲率的增大而减小.本讲稿第六页，共十二页 非均匀形核的晶核形成功的大小主要取决于非均匀形核的晶核形成功的大小主要取决于S(),而起决定而起决定作用的是球冠晶胚与异质固相衬底之间润湿角作用的是球冠晶胚与异质固相衬底之间润湿角的大小的大小,越小越小越有

4、利越有利,由于由于的确定很困难的确定很困难,所以固体质点能否作为新相衬底所以固体质点能否作为新相衬底,一一般遵循以下两个规律般遵循以下两个规律:(1)固体质点的原子与新相质点的原子之间具有较大的固体质点的原子与新相质点的原子之间具有较大的结合力结合力,或者键能较强或者键能较强;(2)质点可作为衬底的表面的质点可作为衬底的表面的原子排列规律和间距原子排列规律和间距与新与新相相近相相近,即接近界面共格对应原则即接近界面共格对应原则.一般认为要接近共格原则一般认为要接近共格原则,对于对于金属晶体金属晶体与衬底与衬底对应界面上原子间距对应界面上原子间距差不能超过差不能超过9%,其中其中,d 为新相表面

5、的原子间距为新相表面的原子间距由公式由公式可知可知本讲稿第七页，共十二页均匀形核与非均匀形核的联系与区别均匀形核与非均匀形核的联系与区别:(1)两者在热力学处理方法上是相同的,能量起伏和相起伏是均匀形核的必要条件,也是非均匀形核的必要条件;熔体的过冷度T,对两种形核方式都是驱动力;本讲稿第八页，共十二页本讲稿第九页，共十二页第二节晶核长大第二节晶核长大一一.液液-固界面的微观结构固界面的微观结构粗糙界面粗糙界面L-S原子并不完全分离，排列高高低低，粗原子并不完全分离，排列高高低低，粗糙不平。糙不平。光滑界面：光滑界面：L-S原子分开，排列成平整的原子平面。原子分开，排列成平整的原子平面。本讲稿第十页，共十二页二二.晶核的长大方式晶核的长大方式(1)垂直长大方式垂直长大方式(2)二维晶核长大方式二维晶核长大方式(平整界面长大方式平整界面长大方式)(3)晶体缺陷生长方式晶体缺陷生长方式本讲稿第十一页，共十二页三三.温度梯度对晶体生长的影响温度梯度对晶体生长的影响粗糙界面粗糙界面正温度梯度：平面状生长正温度梯度：平面状生长负温度梯度：枝晶生长负温度梯度：枝晶生长为什么会形成这样的形态？为什么会形成这样的形态？本讲稿第十二页，共十二页