第六讲晶核的形成和长大

第六讲晶核的长大
第五节晶核长大
一、要紧内容：
液固界面的微观结构
晶体的长大机制
液固界眼前沿液体中的温度梯度
晶体生长的界面形状－晶体形态
长大速度
晶粒大小的操纵
二、要点：
液固界面的微观结构，滑腻界面，粗糙界面的概念，杰克逊因子，不同金属结晶时的液固界面，晶体的长大机制，二维晶核长大机制，螺型位错长大机制，垂直长大机制，
液固界眼前沿液体中的温度梯度，正温度梯度，负温度梯度。

晶体生长的界面形状，晶体形态，树枝晶，等轴晶，长大速度，晶粒大小的操纵
三、方式说明：
通过对液固界面的微观结构的讨论，说明金属型界面和非金属型界面的不同，结晶后的晶界相界的形态也不同，即晶粒的形状不同，晶粒的形状和大小对金属的性能有直接阻碍。

液相中的温度梯度对金属的生长速度和生长方式有直接的阻碍，通过以上的讨论使学生对如何判定金属中的相，和如何取得所需的晶粒大小和形状有一个清楚的熟悉。

讲课内容：
形核以后，晶体长大，其涉及到长大的形态，长大方式和长大速度。

长大形态常反映出凝固后晶体的性质，而长大方式决定了长大速度，也确实是决定结晶动力学的重要因素。

晶核长大的条件：第一要求液相能不断的向晶体扩散供给原子，
第二要求晶体表面能够不断的牢固的接纳这些原子。

晶核长大需要在过冷的液体中进行，可是需要的过冷度要比形核时的小。

一、固液界面的微观结构
液固界面的微观结构分为两类：滑腻界面和粗糙界面
1、滑腻界面：如图，在界面的上部，所有原子都处于液体状态，在界面的下部所有的
原子都处于固体状态。

这种界面一样为固相的密排面，呈曲折的锯齿状又称为小平面界面。

2、粗糙界面：如图，从微观尺寸看这种界面是平整的，当从原子的尺度看这种界面是
高低不平的，液固界面的原子犬牙交织的散布着，因此又叫非小平面界面。

3、若是界面上有近0％或100％的位置为晶体原子所占有，那么界面是滑腻界面。

界面自由能的转变可用公式表示：
二、晶体长大机制
1、二维晶核长大机制
滑腻界面时晶体的长大只能依托二维形核机制方式长大。

2、螺型位错长大机制
晶体长大时，不免形成缺点。

事实上，具有滑腻界面的晶体是以这种方式长大的，比二维机制方式长大快得多。

3、垂直长大机制
垂直长大速度专门快，大部份金属晶体均以这种方式长大。

三、固液界眼前沿液体中的温度梯度
1、正温度梯度：是指液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度散布状况。

2、负温度梯度：是指液相中的温度随至界面举例的增加而降低的温度散布状况，
四、晶体生长的界面形状－晶体形态
晶体的形态问题是一个十分复杂而未能完全解决的问题。

1、在正的温度梯度下生长的界面形态：
滑腻界面结晶的晶体，假设无其它因素干扰，大多能够成长为以密排晶面为表面的晶体，具有规那么的几何外形。

粗糙界面结构的晶体，在正的温度梯度下成长时，其界面为平行于熔点等温面的平直界面，与散热方向垂直，从而使之具有平面状的长大形态，可将这种长大方式叫做平面长大方式。

2、在负的温度梯度下生长的界面形态
粗糙界面的晶体在负的温度梯度下生长成树枝晶体。

骨干叫一次晶轴或一次晶枝。

其它的叫二次晶或三次晶。

关于滑腻界面的物质在负的温度梯度下长大时，若是杰克逊因子α不太大时可能生长为树枝晶，若是杰克逊因子α专门大时，即便在负的温度梯度下，仍有可能形成规那么形状的晶体。

五、长大速度
晶体长大的要点：
1、具有粗糙界面的金属，其长大机理为垂直长大，长大速度快，所需过冷度小。

2、具有滑腻界面的金属化合物，亚金属或非金属等，其长大机理可能有两种方式，其
一是二维晶核长大方式，其二是螺型位错长大方式，它们的长大速度都很慢，所需
过冷度较大。

3、晶体成长的界面形态与界眼前沿的温度梯度和界面的微观结构有关，在正的温度梯
度下长大时，滑腻界面的一些小晶面互成必然的角度，呈锯齿状，粗糙界面的形态
为平面界面呈平面长大方式。

在负的温度梯度下长大时，一样金属和亚金属的界面
都呈树枝状，只有那些α值较高的物质仍维持着滑腻界面形态。

六、晶粒大小的操纵
晶粒的大小叫晶粒度。

在常温下晶粒越细小，强度和硬度那么越高，同时塑性和韧性也越好。

生产上操纵晶粒度的大小，常采纳以下几种方式：
1、操纵过冷度
在一样金属结晶时的过冷度范围内，过冷度越大，晶粒越细小。

2、变质处置
变质处置是在浇注前去液态金属中加入形核剂（又称变质剂），增进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒。

3、振动、搅拌
将凝固着的金属进行振动或搅拌，一方面是靠从外部输入能量增进进和提早形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数量增加，这已成为一种有效的细化晶粒组织的重要手腕。

第六节金属铸锭的组织与缺点
一、内容：
铸锭三晶区的形成
铸锭组织的操纵
铸锭缺点
二、说明：
通过上几节课的学习，对实际金属铸锭的结晶进程及组织特点进行分析说明，对以上学到的知识起到一个巩固的作用。

讲课内容：
一、铸锭三晶区的形成
二、铸锭组织的操纵
三、铸锭缺点
作业：
1、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。

二、今欲取得全数为细等轴晶粒的铸件，你明白有哪些方式？并请说出各类方式的大体原理。