第六章材料的凝固与气相沉积
材料科学基础答案 王章忠
简答题第一章材料结构的基本知识1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。
答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。
2、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。
答：稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。
稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。
但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。
3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。
答：离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。
离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。
共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。
分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。
当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时，由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。
第二章材料的晶体结构1、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标。
6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数、各个棱边和对角线的晶向指数。
解八面体中的晶面和晶向指数如图所示。
图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心，由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。
ABF面平行CDE面，其晶面指数为；ABE面平行CDF面，其晶面指数为；ADF面平行BCE面，其晶面指数为；ADE面平行BCF面，其晶面指数为(111)。
棱边，，，，，，其晶向指数分别为[110]，，[011]，，[101]。
《材料科学基础》名词解释
《材料科学基础》名词解释第一章材料结构的基本知识1、晶体材料的组织：指材料由几个相(或组织单元)组成，各个相的相对量、尺寸、形状及分布。
第二章材料的晶体结构1、空间点阵：将理想模型中每个原子或原子团抽象为纯几何点，无数几何点在三维空间规律排列的阵列2、同素异构：是指有些元素在温度和压力变化时，晶体结构发生变化的特性3、离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。
4、离子晶体配位数：在离子晶体中，与某一考察离子邻接的异号离子的数目称为该考察离子的配位数。
5、配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数6、致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数；第三章高分子材料的结构1、聚合度：高分子化合物的大分子链是出大量锥告连成的。
大分子链中链节的重复次数叫聚合度2、官能度：指在一个单体上能和别的单体发生键合的位置数目3、加聚反应：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应；4、缩聚反应：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(缩去)某种低分子物质(如水、氨、醉、卤化氢等)的反应；5、共聚：由两种或两种以上的单休参加聚合而形成聚合物的反应。
第四章晶体缺陷1、晶体缺陷：实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域；2、位错密度：晶体中位错的数量，是单位体积晶体中所包含的位错线总长度；3、晶界：同一种相的晶粒与晶粒的边界；4、晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，它们常偏聚于晶界，称这种现象为晶界内吸附；第五章材料的相结构及相图1、固溶体：当合金相的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。
2、拓扑密堆积：如两种不同大小的原子堆积，利用拓扑学的配合规律，可得到全部或主要由四面体堆垛的复合相结构，形成空间利用率很高、配位数较大(12、14、15、16等)一类的中间相，称为拓扑密堆积。
3、电子浓度：固溶体中价电子数目e与原子数目之比。
4、间隙相：两组元间电负性相差大，且/1≤0.59具有简单的晶体结构的中间相5、间隙化合物：两组元间电负性相差大，且/≥0.59所形成化合物具有复杂的晶体结构。
大学材料科学基础第6章--材料的凝固与气相沉积
令
d (G非 ) dr
＝0
非均匀形核的临界半径为：
rk
2
GV
16
结论：非均匀形核使临界晶核的形核功减小，但晶 核的临界半径没有变。
• 非均匀形核的晶核形成功主要取决于 称接触角 或浸润角， 越小对形核越有利。
• 大小的因素影响： cos ＝ (L/B－S/B)/ L/S
L/B就越越小小，并且S/B越接近L/S，cos 越接近l， 角 基底与晶核的晶体结构、原子间距等越相近，其界
面能越小
• 应用：
人工降雨：
AgI
晶体结构 密排六方
晶格常数 a 0.458 nm
c 0.749 nm
冰 密排六方
0.452 nm 0.736 nm
17
非自发形核问题概括
• 在同样过冷度下非自 发形核的形成功小， 使非自发形核形成功 与过冷度的关系曲线 左移。
• 以均匀形核的形成功 为标准，那么，非均 匀形核就可在很小的 过冷度下发生。
exp GA
kT
• 形核率N取决于形核与克服能垒几率的乘积
N = Bexp Gk exp GA
kT
kT
10
N = Bexp Gk exp GA
kT
kT
• 第一项是随过冷度增加而 急剧增加(Gk与T2成反 比)
• 第二项中的激活能GA对 温度变化不大敏感
• 过冷度小时受形核率受所 控制
• 过冷度大时受形核能垒受 所控制
13
非均匀形核的形核功
设晶核以球冠状形成于基底(模壁
或杂质表面) B上，L/S、S/B、 L/B分别表示液-固相晶核、晶核-
图6-5 非均匀形核示意图
基底、液相-基底间单位面积的表面张力，晶核的表面积为AL/S， 晶核-基底的界面积为AS/B，晶核的球冠体积为V，则有
第6章 单组元相图及纯晶体的凝固 笔记及课后习题详解 (已整理 袁圆 2014.8.6)
第6章单组元相图及纯晶体的凝固6.1 复习笔记一、单元系相变的热力学及相平衡1．相平衡条件和相律组元：组成一个体系的基本单元，如单质（元素）和稳定化合物，称为组元。
相：体系中具有相同物理与化学性质的且与其他部分以界面分开的均匀部分，称为相。
相律：F=C－P+2；式中，F为体系的自由度数，它是指不影响体系平衡状态的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；C为体系的组元数；P为相数。
常压下，F=C－P＋1。
2．单元系相图单元系相图是通过几何图像描述由单一组元构成的体系在不同温度和压条件下可能存在的相及多相的平衡。
图6-1 水的相图图6-2 Fe在温度下的同素异构转变上述相图中的曲线所表示的是两相平衡时温度和压力的定量关系，可由克劳修斯（Clausius）一克拉珀龙（Clapeyron）方程决定，即式中，为相变潜热；为摩尔体积变化；T是两相平衡温度。
有些物质在稳定相形成前，先行成自由能较稳定相高地亚稳定相。
二、纯晶体的凝固1．液态结构（1）液体中原子间的平均距离比固体中略大；（2）液体中原子的配位数比密排结构晶体的配位数减小；（3）液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序，短程有序，存在结构起伏。
2．晶体凝固的热力学条件（6.1）式中，，是熔点T m与实际凝固温度T之差；L m是熔化热。
晶体凝固的热力学条件表明，实际凝固温度应低于熔点T m，即需要有过冷度△T。
3．形核晶体的凝固是通过形核与长大两个过程进行的，形核方式可以分为两类：均匀形核和非均匀形核。
（1）均匀形核①晶核形成时的能量变化和临界晶核新相晶核是在母相中均匀地生成的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响假定晶胚为球形，半径为r，当过冷液中出现一个晶胚时，总的自由能变化：（6.2）由，可得晶核临界半径：（6.3）代入公式（1），可得：（6.4）由式可知，过冷度△T越大，临界半径则越小，则形核的几率越大，晶核数目增多。
第六章材料的凝固与气相沉积
(5)
4 3 2 3 cos cos3 2 将(1)-(4)带入(5) G非 ( r GV 4r L / S )( ) 3 4 G均 S ( )
9
3 4 3 2 3 cos cos G非 ( r GV 4r 2 L / S )( ) 3 4 G均 S ( )
15
正温度梯度下有：
ksGs kLG L RH f
此时过冷度中只有很少一部分是为了提供转变驱动力的 需要，大部分是为了散除熔化潜热使晶体尽快生长。实 际界面由许多小平面构成，以低指数晶面为主。
16
在负温度梯度下，突出的部分可以加快生长从而形 成枝干状。
负温度梯度下的晶体生长
17
第三节
固溶体合金的凝固
2）正离子尺寸越小越易于形成非晶
3）正离子电负性在1.5-2.1之间 4）在结构上以共价键为主
41
非晶合金的形成规律
42
2、常用材料的非晶态
硅酸盐矿物在自然界中分布极为广泛已知的硅酸盐矿物有600多 种，约占已知矿物种的1/4，占地壳岩石圈总质量的85%。在硅酸 盐结构中，每个Si原子一般为四个O原子包围，构成[SiO4]四面 体，即硅氧骨干，它是硅酸盐的基本构造单位。
熔化焊的组织
组织接近于连续铸造，焊接速度不同熔池的形状也不同
36
材料的制备技术
一、区域熔炼
首先应用于半导体材料的生产，基于合金在不平衡凝固时的成分 不均匀化。从左端加热，将杂质逐渐向右端排除。
k0 x CS C0 [1 (1 k0 ) exp( )] l
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二、制备单晶
是半导体工业的基石，包括坩埚直拉法和悬浮区熔化法。
4 G r 3 GV 4r 2 3
材料科学基础第6章 材料的凝固与气相沉积[可修改版ppt]
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式中，σ为比表面能，可用表面张力表示 。© 2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
△Gk非/△Gk=(2-3cosθ+cos3θ)/4 a θ=0时，△Gk非＝0，杂质本身即为晶核； b 1800>θ>0时，△Gk非<△Gk,杂质促进形核 C θ=1800时，△Gk非＝△Gk，杂质不起作用。
（4）影响非均匀形核的因素
a 过冷度：△T↑→r ↓△G ↓,有利形核。
k
k
b 外来物质表面结构：点阵匹配原理：结 构相似，点阵常数相近。
二、材料结晶的基本条件
1、热力学条件
（1）G-T曲线
a 是下降曲线：由G-T函数的一 次导数（负）确定：dG/dT=-S
b 是上凸曲线：由二次导数 （负）确定： d2G/d2T=-Cp/T c 液相曲线斜率大于固相：由 一次导数大小确定：二曲线相 交于一点，即材料的熔点。
（2）热力学条件
△Gv=－Lm△T/Tm 式中，-Lm =HS-HL。
2、结构条件
（1）液态结构模型：
微晶无序模型与拓扑无
序模型。
出
（2）结构起伏（相起
现 几
伏）：液态材料中出现 率
的短程有序原子集团的
时隐时现现象。是结晶
的必要条件（之二）。
结构起伏大小
三、晶核的形成
均匀形核：新相晶核在遍及母相的整个体积 内无规则地均匀形成。
非均匀形核：新相晶核依附于其它物质择优 形成。 1 均匀形核 （1）晶胚形成时的能量变化
齐鲁工业大学835《材料科学基础》考试大纲2021年考研专业课初试大纲
《材料科学基础》考试大纲一、考试题型1、名词解释2、简答题3、论述题4、综合分析题二、考试参考用书《材料科学基础》，石德珂著，机械工业出版社，2003年6月版三、考试内容第一章材料结构的基本知识了解原子结构、原子结构键、原子排列方式、晶体材料的组织、材料的稳态结构与亚稳态结构。
掌握材料中原子结构键、原子排列方式。
第二章材料中的晶体结构了解晶体学基础、纯金属的晶体结构、离子晶体的结构、共价晶体的结构。
掌握晶体学基础、纯金属的晶体结构。
第三章高分子材料的结构了解高分子材料基本知识、高分子链的结构及构象、高分子的聚集态结构、高分子材料的性能与结构。
第四章晶体缺陷了解点缺陷、位错的基本概念、位错的能量及交互作用、晶体中的界面。
掌握点缺陷、位错的基本概念、位错的交互作用。
第五章材料的相结构及相图了解材料的相结构、二元相图及其类型、复杂相图分析、相图的热力学基础、三元系相图及其类型。
掌握材料的相结构、二元相图及其类型、二元相图的分析与使用，铁碳相图和铁碳合金、杠杆定律。
第六章材料的凝固与气相沉积了解材料凝固时晶核的形成、材料凝固时晶体的生长、固溶体合金的凝固、共晶合金的凝固、制造工艺与凝固组织、用凝法材料的制备技术、材料非晶态、材料的气-固转变、气相沉积法的材料制备技术。
掌握材料凝固时晶核的形成、材料凝固时晶体的生长、固溶体合金的凝固、共晶合金的凝固、制造工艺与凝固组织。
第七章扩散与固态相变了解扩散定律及其应用、扩散机制、影响扩散的因素与扩散驱动力、几个特殊的有关扩散的实际问题、固态相变中的形核、固态相变的晶体成长、扩散型相变、无扩散相变。
掌握扩散定律及其应用、扩散机制、影响扩散的因素与扩散驱动力、两个特殊的有关扩散的实际问题。
固态相变中的形核、固态相变的晶体成长、扩散型相变、无扩散相变的基本概念。
第八章材料的变形与断裂了解金属变形概述、金属的弹性变形、滑移与孪晶变形、单晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形、纯金属的变形强化、合金的变形与强化、冷变形金属的组织与性能、金属的断裂、冷变形金属的回复阶段、冷变形金属的再结晶、金属的热变形、蠕变与超塑性、陶瓷晶体的变形、高分子材料（聚合物）的变形。
华南师范大学材料科学与工程教程第六章 材料的凝固与气相沉积(二)
目的：
•可使铸件得到向单一方向延伸的柱状晶； •或按照设计要求使具有一定体积比 的两相成为片状或棒状共晶!
20/03/2017
28
• 3、非晶态合金
在特殊的冷却条件下金属可能不经过结晶过程而凝固
成保留液体短程有序结构的非晶态金属，一般其结构与液态 相同也就是把液态金属原子排列固定到固态。非晶态金属又 称为金属玻璃。 非晶态金属具有一系列突出的性能，如具有很高的室温强 度、硬度和刚度，具有良好的韧性和塑性。 由于非晶态无晶界、相界、无位错、无成分偏析，所以 有很高的耐蚀性及高电阻率、高导磁率、低磁损和低声波衰 减率等特性，广泛用于高技术领域。
k0x0 x0
x0/k0
X 在T2时固相、液相整体成 分达到XS和XL时建立平衡
T3：固体整体成分达到合金成分x0，凝固结束 平衡凝固特点？
20/03/2017 4
热
平衡凝固特点： ① 液相中溶质原子通过迁移而分
T1 T2 T3
xL
布均匀，固相中溶质原子通过扩散
也分布均匀；
k0x0 x0 x0/k0
①价键：正离子的原子价不得小于3； ②正离子形态：正离子在氧离子所包围的多面体中，正 离子尺寸越小，越易形成非晶态 ③正离子的电负性，在1.5-2.5之间 ④价键、结构：以共价键为主，比较空旷不紧密地网状结构 非晶态材料研究的意义： 材料呈非晶态后具有一些特殊的物理化学性能
20/03/2017
金属玻璃 非晶Si、Ge Se基非晶材料
1) 熔体的纯度非常高，防止非均匀形核； 2) 液体的温度控制在精确的范围内，过冷度很小，可以生长但 不足以发生自发形核； 3) 引入一个晶体 (晶种)，仅让这个晶体在此环境中长大。 20/03/2017 26
材料的凝固与气相沉积
σS/L
σL/B
θ
Solid σS/B r
The wetting characteristics of a number of solid-liquid systems
L S
L
S
Complete wetting
No wetting
非均匀形核
∆G非 = −V∆Gv + σ L AL + σ S AS − σ L AS
均匀形核
Homogeneous nucleation of a phase
Liquid Liquid
Solid
Solid-liquid interface
温度在熔点以下，形成晶胚，一方面体系的自由能降 温度在熔点以下，形成晶胚， 低，另一方面表面的自由能增加
∆G = ∆GvV + σA
均匀形核
临界形核半径(critical 临界形核半径(critical radius) 临界晶核形成功
•介于上两种之间 介于上两种之间
（3）、凝固速度较快 ）、凝固速度较快 且存在对流的情况下 －介于上两种之间
成分过冷
成分过冷
成分过冷的产生 成分过冷的临界条件
T0 − Ti G < D
ν
影响因素: 影响因素: 液体的温度梯度 冷却速度 扩散能力 液相线与固相线的距离
成分过冷对晶体成长形状的影响
成分过冷对晶体成长形状的影响
随着实际温度梯度的下 降，液固界面由平直型 趋向于胞状树枝晶和树 枝晶
作业： 作业：P 274 5, 6 选做:7 选做
1-实际温度分布 实际温度分布 2-开始凝固温度 开始凝固温度
2、平滑界面 、
晶体生长后为什么其表面通常是密排晶面？ 晶体生长后为什么其表面通常是密排晶面？
石德珂材料科学选择题
《材料科学基础》选择题第一章 材料结构的基本知识1、原子结合健中 B 的键的本质是相同的A 、金属键与离子键B 、氢键与范德瓦尔斯键C 、离子键与共价键2、钨、钼熔点很高，其结合键是 A 的混合键A 、金属键和离子键B 、金属键和共价键C 、离子键和共价键3、MgO 、Al2O3等的结合键是 C 的混合键A 、金属键和离子键B 、金属键和共价键C 、离子键和共价键4、工程材料的强度与结合键有一定的联系，结合键能高的其强度也 A 些。
A 、高B 、低5、激活能反应材料结构转变 B 的大小；A 、动力B 、阻力6、材料处于能量最低状态称为 A ；A 、稳态结构B 、亚稳态结构7、一般而言，晶态结构的能量比非晶态要 B ；A 、高B 、低C 、相等第二章 材料的晶体结构1. 氯化铯（CsCl ）为有序体心立方结构，它属于 CA 、体心立方B 、面心立方C 、简单立方点阵；2. 理想密排六方结构金属的c/a 为 BA 、1.6B 、2(2/3)1/2 ；C 、2/33. 对面心立方晶体而言，表面能最低的晶面是 cA 、 (100);B 、(110)，C 、(111)；D 、(121)4. 下列四个六方晶系的晶面指数中，哪一个是错误的： CA 、(1322)；B 、(0112)；C 、(0312) ；D 、(3122)5. 面心立方结构的铝中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配位数为 BA 、12；B 、6；C 、4；D 、36. 简单立方晶体的致密度为 CA 、100%B 、65%C 、52%D 、58%7. 立方晶体中（110）和（211）面同属 D 晶带A 、[110]B 、[100]C 、[211]D 、[111]8. 立方晶体中（111）和（101）面同属 D 晶带A 、[111]B 、[010]C 、[011]D 、]011[9.原子排列最密的一族晶面其面间距A、最小B、最大10.六方晶系中和(1121)晶面等同的晶面是 AA、(1211)面；B、(1112)面；C、(1211)面；D、(2111)面11.配位数是指晶体结构中： BA、每个原子周围的原子数；B、每个原子周围最邻近的原子数；C、每个原子周围的相同原子数；D、每个原子周围最邻近的和次近邻的原子数之和12.密排六方与面心立方均属密排结构，他们的不同点是： DA、晶胞选取方式不同；B、原子配位数不同；C、密排面上，原子排列方式不同；D、原子密排面的堆垛方式不同13.在立方晶系中，与(101)、(111)同属一晶带的晶面是： dA、(110); Bb、(011); C、(110); D、(010)14.TiC与NaCl具有相同的晶体结构，但它们不属于同一类中间相，这是因为： DA、TiC是陶瓷，NaCl是盐；B、NaCl符合正常化合价规律，TiC不符合正常化合价规律；C、TiC中电子浓度高，D、NaCl的致密度高15.立方晶体中（110）和（310）面同属 D 晶带A、[110]B、[100]C、[310]D、[001]16.14种布拉菲点阵： AA、按其对称性分类，可归结为七大晶系；B、按其点阵常数分类，可归结为七大晶系；C、按阵点所在位置分类，可归结为七大晶系D；、按其几何形状分类，可归结为七大晶系17.与（113）和（112）同属一晶带的有： CA、(112),B、(221)C、(110)D、(211)18.引入空间点阵概念是为了： CA、描述原子在晶胞中的位置，B、描述晶体的对称性，C、描述晶体结构周期性，D、同时描述晶体结构周期性和对称性19.有A、B两晶体，下面几种说法中正确的是 C ；A、所属空间点阵相同，则此两晶体的结构相同；B、晶体结构相同，它们所属空间点阵可能不同；C、晶体结构不同，它们所属空间点阵必然不同；D、所属空间点阵不同，晶体结构可能相同20.体心立方晶体中间隙半径比面心立方中的小，但BCC的致密度却比FCC低，这是因为： DA、BCC中原子半径小，B、BCC中的密排方向<111>上原子排列比FCC密排方向上的原子排列松散，C、BCC中的原子密排面{110}的数量太少，D、BCC中的原子配位数比FCC中原子配位数低21.组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是： BA、两组元的电子浓度相同，B、两组元的晶体结构相同，C、两组元的原子半径相同，D、两组元的电负性相同，22.晶体结构和空间点阵的相互关系 CA、空间点阵的每一阵点代表晶体中的一个原子；B、每一种空间点阵代表唯一的一种晶体结构；C、晶体结构一定，它所属的空间点阵也唯一地被确定；D、每一种晶体结构可以用不同的空间点阵表示23.晶体中配位数和致密度之间地关系是 AA、配位数越大，致密度越大；B、配位数越小，致密度越大；C、配位数越大，致密度越小，D、两者之间无直接联系24.离子晶体和纯金属晶体各有配位数的概念，两者的含义： CA、完全相同，B、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的同号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近邻的原子数，C、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的异号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近邻的原子数，D、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的异号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近临和次近邻的原子数之和25.在离子晶体中 BA、阳离子半径大于阴离子半径；B、阴离子半径大于阳离子半径；C、阳离子半径与阴离子半径相等；D、阳离子半径可以大于阴离子半径；也可以小于阴离子半径；26.硅酸根四面体中的氧离子 CA、只属于一个硅酸根四面体；B、可以被多个硅酸根四面体共用；C、只能被两个硅酸根四面体共用；D、可以被四个硅酸根四面体共用第三章高分子材料的结构1.已知聚氯乙烯的平均相对分子质量是27500，则其平均聚合度是（A ）。
材料科学基础 西交版第六章-1
液态金属准晶体结构模型 ①存在着许多微晶区。 ②区域之间是原子紊乱区（液态区）。 ③结构起伏： 液态内原子热运动比较激烈， 微晶区很不稳定， 处于时聚时散、此起彼伏的状态。 (能量起伏是液体内，各微小区域的能量， 偏离体系平均能量的现象)
结构起伏 最大尺寸rmax～ΔT
金属的结晶过程—补充
1、形核： 液态金属冷到Tm以下某温度Ti开始结晶时， 在过冷液体内,首先形成一些稳定的微小晶体，称为晶核。 晶核的形成简称形核。 2、长大： 随后这些晶核逐渐长大； 与此同时在其余液体中又不断形成新的稳定晶核并长大。 3、结晶过程： 由晶核的不断形成（形核）和长大来实现的。 4、最后各晶体长大成多边形晶体，称为晶粒。 晶粒间的界面称为晶界。
L
总结（均匀形核与非均匀形核比较）
①均匀形核是在均一的液相中 ①非均匀形核是新相优先在母相中 靠自身的结构起伏和能量起 存在的异质(即依附于液相中的 伏等条件形成晶核。 杂质或外来表面)处形核。 ②形核功△G＝V· △GV +A· ς ②△G＝V· △GV+AL/SςL/S+AS/B(ςS/B–ςL/B) ③临界形核rk＝2ςTm/(Lm△T) ③rk=-2ς/△GV ④△Gk*＝△Gk· (2-3cosθ +cos3θ)/4 ④临界形核功 △Gk＝16πς3/[3(△GV)2] ⑤均匀形核最大过冷度△Tmax≈0.2Tm，⑤一般铸件形核时的过冷度＜20℃
材料科学基础
材料与化工学院
第六章 材料的凝固与气相沉积
1、目前制备材料的两种主要类型： 凝 固：材料从液态到固态的转变过程。 气相沉积：材料从气态到固态的转变过程。 2、凝固分类： 根据生成的固体的内部结构→分为结晶和非晶转变两类。 结晶： 凝固后得到晶态固体的转变，是一种相变。 非晶转变(玻璃化转变)： 凝固成非晶态固体的转变,不属于相变。 3、本章主要研究对象及意义： 研究结晶相变（金属与合金的凝固） →揭示相变进行所必须的条件、相变规律； →相变后的组织与相变条件之间的变化规律； 指导材料制取、加工成型及性能控制。
第六章 化学气相沉积PPT课件
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败 也是伟大的，所以不要放弃，坚持 就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢你的到来与聆听
学习并没有结束，希望继续 努力
Thanks for listening, this course is expected to bring you value and help
❖ 最早采用的CVD化学反应方式是用于金属精制的 氢还原、化学输送反应等。现在得到应用的反应方 式有加热分解、氧化、与氨反应、等离子体激发等 ，也开发激发的CVD法。下面概述这些反应方式的 特性。
（1）热分解反应
❖ 现在热分解法制备薄膜的典型应用是半导体中的 外延薄膜制备、多晶硅薄膜制备等。甲硅烷（ SiH4）在低温下容易分解，可在基片上形成硅薄 膜。
❖ 在既无合适的气态源又无具有较高蒸气压的液态 源的情况下，就只得采用固体或低蒸气压的液体为 源物质了，通常是选择合适的气态物质与之发生气固或气-液反应，形成适当的气态组分向沉积区输送 。
（3）重要的工艺参数
❖ CVD中影响薄膜质量的主要工艺参数有反应气体组 成、工作气压、基板温度、气体流量及原料气体的 纯度等。其中温度是最重要的影响因素。
SiH2 Si 2H2
（2）还原反应
a.氢还原反应
❖ 氢还原反应的典型应用是半导体技术中的外延生 长。使用氢还原反应可以从相应的卤化物制作出硅、 锗、钼、钨等半导体和金属薄膜。
❖ 氢还原反应不同于热分解反应，是可逆的。因而， 反应温度、氢与反应气体的浓度比、压力等都是很 重要的反应参数。
材料的凝固与气相沉积
T﹥Tm GL﹤GS 液相稳定 T﹤Tm GS﹤GL 固相稳定。 凝固存在过冷度
过冷：液相冷却到了Tm以下还保持其亚稳态而不凝固，这一现象叫做过冷。 过冷度：Tm与过冷液相所处温度T之差叫做过冷度
⊿T=Tm – T
过冷就是凝固的热力学条件(必要条件）
冷却过程中驱动力近似计算： ⊿GV=GS-GL=HS-TSS-（HL-TSL）=HS-HL-T（SS-SL）=ΔH- Δ ST
材料的凝固与气相沉积
液体结构 (从液体以下性质推断) 1、金属熔化体积上升3～5%，而内部原子间距改变不大 ，～1%，说 明液体内部存在空洞，具有流动性 2、熔化潜热Lm远小于汽化热Lb（2%～4%） 因为气态原子键全部破坏，说明固→液转变时，近邻原子结合键破坏
程度及配位数改变较小；
3、金属在熔点Tm，由固→液转变时，熔化熵⊿Sm远大于固态由室温 →熔点Tm时的熵变⊿S，说明原子排列混乱程度明显增大
要能成为晶核能够进一步长大的原子团至少要包含 100~200个原子。 只有增加过冷度，使尺寸较大的原子团才能形成。
二、形核率 定义：单位时间、单位体积内所形成晶核的数目，n/s· cm3 影响形核率的因数： ①、热力学条件：过冷度。⊿T↗ , rk↘ 形核功⊿Gk↘需能量起伏小，易于形核， ∵起伏超过临界体积出现几率与 exp kT k
形核的充分条件：结构起伏、能量起伏、过冷度。
例题 试估计1mm3Cu在熔点时，液体中分别含有半径尺寸为10个原子、60个原子、100 个原子的原子团有多少？假定原子团为球形，Cu原子体积为1. 6 ×10-29m3，界面能 γSL= 0.177J· m-2, k=1.38×10-13J· K-1，Tm=1356K
负的温度梯度—双向散热 生长时散发的熔化潜热使枝干周围的液体温度升高，不能形成相邻过于紧密的枝干 树枝生长的方向，对面心或体心立方金属为 <100>；对体心正方金属如锡为 <110> 二次枝干也保持与一次枝干相同的结晶学方向
石德珂材料科学填空题
《材料科学基础》填空题第一章材料结构的基本知识1.原子核外电子的分布与四个量子数有关，且服从下述两个基本原理：泡利不相容原理和最低能量原理2.原子结合键中一次键（强健）有离子键、共价键、金属键：二次键（弱健）有范德瓦尔斯键、氢键、离子晶体和原子晶体硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
3.金属晶体导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
4.能量最低的结构称为稳态结构或平衡态结构，能量相对较高的结构则称为亚稳态结构;5.材料的稳态结构与亚稳态结构由热力学条件和动力学条件共同决定;第二章材料的晶体结构1、晶体结构中基元就是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同的基本单元2、简单立方晶胞中（100）、（110）、（111）晶面中，面间距最小的是（111）面，最大的是（100）面；3、晶面族｛100｝包含（100）（010）（001）及平行（100K010K001）等晶面；4、（100），（210），（110），⑵0）等构成以［001］为晶带轴的晶带;（010,（011），（101），（110）等构成以［111］为晶带轴的晶带；5、晶体宏观对称元素只有1，2, 3, 4, 6, 1，m，等8种是基本的6、金属中常见的晶体结构有面心立方、体心立方、密排六方三种；7、金属密堆积结构中的间隙有四面体间隙和八面体间隙两种类型8、面心立方晶体中1个晶胞内有生个八面体间隙，E个四面体间隙。
9、陶瓷材料是以离子键、共价键以及离子键和共价键的混合键结合在一起；10、硅酸盐的基本结构单元是硅酸根四面体:11、SiO2中主要化学键为共价键与离子与：12、硅酸盐几种主要结构单元是岛状结构单元、双四面体结构单元、环状结构单元以及链状结构单元、层状结构单元；13、离子晶体中决定正负离子堆积方式的两因数是：电荷大小，满足电中性；正负离子的相对大小;14、陶瓷材料的组成相有玻璃相、气相和结晶相(a) (b>15、上图为离子晶体中稳定和不稳定的配位图形，—为不稳定配位图形第三章高分子材料的结构1. 1.按照聚合物热行为可将聚合物分为热固性塑料和一热塑性塑料一两类。
材料科学基础(上海交大)_第6章.答案
第6章 单组元相图及纯晶体凝固
6.1 单元系相变的热力学与相平衡
6.2 纯晶体的凝固
6.3 气固相变与薄膜生长
重点与难点：
• • • • • 结晶的热力学、结构和能量条件； 相律的应用； 克劳修斯——克拉珀龙方程的应用； 亚稳相出现的原因； 均匀形核的临界晶核半径和形核功的推 导； 润湿角的变化范围及其含义；
• 两条斜率不同的自由能曲线必然相交于一点
• 液、固两相的自由能相等 • 两相处于平衡而共存。 事实上， Tm—既不能完全结晶，也不能完全熔化 • 要发生结晶则体系必须降至低于Tm温度， • 而发生熔化则必须高于Tm 。
(2) 热力学条件
a △T>0, △Gv<0－过冷是结晶的
必要条件（之一）。
b △T越大, △Gv越小－过冷度越
图6.4
大， 越有利于结晶。
c △Gv的绝对值为凝固过程的驱 动力。
ΔT=Tm-T，是熔点Tm与实际凝固温度T之差 Lm是熔化热，
要使 ΔGv＜0，必须使Δ T＞0，即 T＜Tm，故ΔT
称为过冷度。
晶体凝固的热力学条件——实际凝固温度应低于
熔点Tm，即需要有过冷度，其中热分析实验装置示 意图见图6.5。
如果外界压力保持恒定（例如一个标准大气 压），那么单元系相图只要一个温度轴来表示，如 水的情况见图6.1（b）。根据相律，在汽、水、冰
的各单相区内（f＝1），温度可在一定范围内变动。
在熔点和沸点处，两相共存，f＝0，故温度不能变
动，即相变为恒温过程。
在单元系中，除了可以出现气、液、固三相之
间的转变外，某些物质还可能出现固态中的同素异
构转变，见图6.2和图6.3。
• bcc • fcc
材料的凝固气相沉积扩散与固态相变课件
凝固过程中的相变
相变
物质在凝固过程中，物理状态发生改变的现象。
相变类型
共晶、包晶、固溶体等。
相变过程
形核、长大、粗化等。
凝固过程中的扩散与传
1 2 3
扩散 物质在固态或液态中，由于浓度梯度而引起的迁 移现象。
传输过程 溶质传输、热能传输、动量传输等。
扩散与传输对凝固过程的影响 影响晶粒形貌、组织结构、热处理工艺等。
气相沉 积
物理气相沉 积
物理气相沉积（PVD）是一种利用物理方法将固体材料转化为气态，再通过冷却和 凝结的过程在基材上形成固态薄膜的技术。
PVD技术包括真空蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜等，广泛应用于电子、光学、机 械和航空航天等领域。
PVD技术具有高沉积速率、低温度、高纯度等优点，但同时也存在薄膜附着力差、 设备成本高等问题。
材料的凝固气相 沉积扩散与固态 相变课 件
目录
• 气相沉积 • 固态相变 • 材料性能与结构 • 材料科学与工程中的挑战与前景
材料的凝固
凝固的基本原理
01
02
03
凝固
物质从液态变为固态的过 程。
凝固的热力学条件
系统的自由能随温度降低 而减小。
凝固的动力学条件
液态物质冷却速率达到某 一阈值时开始凝固。
新材料的研 发
新材料的研究需要大量的实验和理论 计算，需要不断探索新的制备方法和 工艺。
新材料的应用
新材料的应用需要考虑到其性能、安 全性、经济性等多个方面，需要进行 全面的评估和测试。
THANKS
固态相变的应用
应用领域
金属材料、陶瓷材料、复合材料等。
应用实例
钢铁工业中的连续冷却相变，用于控制钢材的组织和性能；陶瓷材料的烧结和相 变，用于制备高性能陶瓷材料；复合材料的界面相变，对复合材料的力学性能和 稳定性具有重要影响。
材料科学基础基本大学材料科学基础第六章材料的凝固与气相沉积
原因是实际生产中，发生了非均匀形核。
非均匀形核（种子形核） :
指晶胚依附于 液态金属中的固态 杂质表面形核的过 程。在实际的液态 金属中，总是或多 或少地含有某些杂 质。所以实际金属 的结晶主要以非均 匀形核方式进行。
非均匀形核的特点：
1．粗糙界面 从微观尺度观察时，这种界面上并存在着厚度为几个原 子间距的过渡层。从原子尺度观察，这种界面粗糙的， 高低不平的（又称非小平面界面、非结晶学界面）。 2．光滑界面 从微观尺度观察时，界面两侧的固液两相是截然分开的； 从原子尺度观察，这种界面是光滑平整的。
液- 固界面的微观结构
(a) 粗糙界面
即ΔG ≤0。
ΔG = H - TS
a. 熵恒为正值，随温度升高而增 大，所以自由能随温度升高而 减小。
由于液态金属原子排列的混乱程
度比固态金属大得多，故 SL>SS，前者熵值比后者大， 液态自由能随温度变化的曲线 斜率比固态大。
图6—1 液态和固态的吉布 斯自由能-温度曲线
在 T = Tm时
ΔGv = ΔGS – ΔGL = 0 要使ΔGv≤0，必有
单位时间单位体积液相中形成的晶核的数目。
形核率对于实际生产十分重要，形核率高 意味着单位体积内的晶核数目多，结晶结束后 可以获得细小晶粒的金属材料。这种金属材料 不但强度高，塑性、韧性也好。
影响形核率的因素： 1) 单位体积液相中 r＞rk 的晶胚数，N1； 2) 原子由液相中扩散到 r＞rk 晶胚上的速度，
θ
)
与均匀形核的△G相比，只差一系数 S(θ)：
( ) 2-3cosθ+cos3 θ 4
和均匀形核的处理方法一样，可得非均匀形 核的临界晶核半径 rk
第6章 材料的凝固与气相沉积
晶体凝固的热力学条件表明，
2、结构条件
（1）液态（无序）突变到晶态固体（有序） 来实现凝固有两种方式 ： 整体突变：所有原子同时重新排列(难度极大) 局部突变：部分原子重排（容易）
（2）结构起伏（相起伏）：液态材料中出现 的短程有序原子集团（微小晶胚）的时隐时 现现象。是结晶的必要条件（之二）。
第6章 材料的凝固与气相沉积
熔化
炼钢
浇注
炼铜
第1节 概述
凝固：物质从液态到固态的转变过程。
结晶：物质由液态凝固为晶态固体的 过程，则称之为结晶。
作用： ① 凝固过程影响后续工艺性能、 使用性能和寿命； ② 凝固是相变过程，可为其它相 变的研究提供基础。
1、液态材料的结构 结构：长程无序而短程有序。 特点（与固态相比）： ① 原子间距较大（体积大）； ② 原子配位数较小； ③ 原子排列混乱度大（S值大）。
受N1(形核）和N2（扩散）两因素控制；
形核率与过冷度之间是呈抛物线的关系。
四、非均匀形核的分析
依附于液相中某种固体表面（外来杂质 表面或容器壁）上形成的过程。
（1）模型：外来物质为一平面，固相晶胚 为一球冠。
（2）自由能变化：表达式与均匀形核类似。
（3）临界形核功 利用球冠体积、表面积表达式，结 合平衡关系，计算能量变化和临界形 核功： σlw=σsw+σslcosθ △Gk非/△Gk=(2-3cosθ+cos3θ)/4
图 正温度梯度下两种界面形态 正的温度梯度下两种界面形态 (a) 粗糙界面 (b) 光滑界面
（a）粗糙界面；（b）光滑界面
2、在负的温度梯度下的情况
是指液相温度随离液-固界面的距离增
大而降低，即dT/dz＜0。
华南师范大学材料科学与工程教程第六章-材料的凝固与气相沉积PPT课件
exp( G) RT
小于临界尺寸的(也称为晶胚)下一步减小到消失，大于临界尺
寸的可能不断长大，也就是晶核。等于临界尺寸大小的晶核高
出平均能量的那部分称为“形核. 功”。
12
不断变换着的近程有序原子集团， 大小不等，时而产生，时而消失，此起 彼伏，与无序原子形成动态平衡，这种 结构不稳定现象称为结构起伏。温度越 低，结构起伏尺寸越大。
H S H L Lm
GV
Lm
(
Tm Tm
T
)
Lm T Tm
Lm为熔化潜热，由固相转变为液相时需吸收热量，
△GV<0，且绝对值越大，凝固驱动力越大。
对某种特定材料来说，其凝固驱动力仅.与过冷度有关！
大到什么程度 才可结晶？
9
2）临界晶核
晶核形成必须达到一临界过冷度，在此条件下能够 产生临界晶核！
• 形核率随过冷度增大而增大，超过极大值后，形核率 又随过冷度进一步增大而减小。
•
对液态金属 来说，原子
扩散不会构
成金属形核
的障碍。
金属材料形核率与温度的关 系如图所示
液态金属在 一定的过冷 度下，形核 率急剧增加， 很快结晶完 毕。
为增加金属过冷度，可把金属分散成许多小 液.滴，对多数金属小液滴来说，临界过冷15度 为0.2Tm
2、非均匀形核
晶核优先附在现成固体表面上形成！
（1）模型：外来物质为一平面，固相晶胚为一球冠。 （2）自由能变化：表达式与均匀形核类似。
•当T< Tm时，从液体向固体的转变使 吉布斯自由能下降，是自发过程，发
生结晶过程；
•当T> Tm时，从固体向液体的转变使 吉布斯自由能下降，是自发过程，发
生熔化过程。
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可得临界形核半径为
2
rk GV
表明非均匀形核的临界半径不变
10
问题
S( ) 2 3cos cos3
4 θ=10O时,S(θ)=10-4； θ=30O时,S(θ)=0.02.
如何减小θ?
cosθ=(σL/B-σS/B)/σL/S
σS/B尽可能小, σL/B尽可能接近σL/S
要求杂质的晶体结构与原 子间距等与晶核十分相近
不平衡结晶之二
20
成分过冷
由于不同区域成分 不同而导致熔点差 异所形成的过冷, 在正温度梯度下也 可形成枝晶生长。
21
第四节 共晶合金的凝固
一、共晶体的结构 1、两个低熔化熵组元组成的共晶
领先相
另一相形核
体积分数不同时形状有差异
小于1/时为棒状，大于1/ 时为层状 基本原则
要使表面能尽可能降低
特点
1、 H f 2 k Te
多数金属和一些化合物， 生长速度v=kΔT
凝固速度最终由导热快慢决定
12
2、
2 H f kTe
3.5
包括半导体材料硅、锗及锑、铋等金属及一些 无机、有机化合物。生长速度v=k’(ΔT)2
3、
H f 10 k Te
高分子和一些结构复杂的物质，只有靠在液/ 固界面上不断形核才能生长，材料的凝固很
23
各种形态的共晶组织 a) Cu-Ag b) Al-Si c) Zn-Mn d) Pb-Bi
24
二、杂质对共晶生长的影响
1、杂质对第一类共晶生长的影响
杂质排到液相中
成分过冷
界面变成圆弧
杂质还可使片状共晶变成棒状共晶
25
2、杂质对第二类共晶生长的影响 少量杂质的加入会对共晶组织产生显著影响， 其影响机理半个多世纪以来一直未有定论
第六章 材料的凝固与气相沉积
机械工程学院 谷万里
1
问题
固态材料是如何获得的?
液态
凝固
固态
气态 气相沉积
晶体 非晶体
金属
合金 玻璃 塑料 橡胶
合金(快 速冷却)
2
第一节 材料凝固时晶核的形成
一、均匀形核
材料的相变需满足热力学条件，即相变后的自由能降低
热力学判据：
G 0
G H TS
其中H为焓，T为热力学温度，S为熵。对T求导得：
AL/ S 2r 2 (1 cos ) (1)
AS / B r 2 sin 2
(2)
V r3 (2 3cos cos3 )
(3)
3
表面张力的关系为：
L/ B S / B L/ S cos
(4)
自由能变化为： G非 VGV L/ S AL/ S ( S / B L/ B ) AS / B (5)
27
合金凝固分三个阶段
1、瞬时起始阶段， 结晶出单相α，成分 为K0C0。 2、当固相前沿液体 成分达到CE时，同时 结晶出α+β。 3、当平均成分达到 C0时开始稳态生长
28
有成分过冷时会产生 树枝晶，是否产生成 分过冷与G/R有关， 其中G为合金的温度 梯度，R为冷却速度。 合金成分接近CE时易 获得片状组织
将(1)-(4)带入(5)
G非
(
4 3
r
3GV
4r 2 L/ S
)(2 3cos
4
cos3
)
G均S( )
9
G非
(
4 3
r
3GV
4r 2 L/ S
)(2 3cos
4
cos3 )Leabharlann (6)G均S( )
S( ) 2 3cos cos3
4
称为形状因子
在(6)中,令 d (G非 ) 0 dr
dG dH S T dS
dT dT
dT
在可逆过程中dS=δQ/T,上式改写成
dG dH S Q
dT dT
dT
恒压条件下有：dH=δQ
dG S
dT
3
dG S dT
由于S恒为正且随温度增高而增大，故自由能随温度 升高而减小，对同一种金属液态熵比固态大很多，因此曲 线下降得更快，两曲线必有一交点。该交点温度即为理论 凝固温度Tm, 只有当熔液温度低于Tm时，才能使GS<GL。
例如
人工降雨用AgI和冰的结构比较
结构：均为 冰：a=0.452nm, c=0.736nm
密排六方
AgI： a=0.458nm, c=0.749nm
11
第二节 材料凝固时晶体的生长
一、熔化熵
表征材料晶体生长的基本参数，常表示为：
S f
/ k H f k Te
根据材料熔化熵的大小，晶体生长可以分为三种类型
26
例如
Fe-C合金中的石墨原为片状，在加 入铈或镁后可使石墨变为球状，关 于球状石墨的核心如何形成，其生 长方向为何沿着c轴等问题还不清楚。
偏离共晶成分的合金凝固
目的
希望可以通过两相体积与成分的调节来获得所需要的性能 需要满足的条件
1、固相前沿的液体成分必须达到CE
2、固相的生长必须是平面式的且无成分过冷
pe 2Jmv 2J (3mkT )1/2
更严格的推导结果为：
J
pe
(2mkT )1/2
56
实际中蒸发与凝聚是一个动态过程，当两方面 的流量不同时会产生净蒸发或净凝聚
Jv
v ( pe p) (2mkT )1/ 2
Jc
c ( p pe ) (2mkT )1/ 2
其中αv和αc分别为蒸发系数和凝聚系数，由实验测定
问题 ΔG与什么有关？
根据自由能定义：
ΔGV=(HS-HL) -T(SS-SL)
横压下(HS-HL)=-Lm 理论凝固温度下ΔGV=0
所以有:
SV
SL
Lm Tm
GV
Lm
TLm Tm
Lm
(Tm Tm
T
)
LmT Tm
4
然而，相变时需要考虑的是体系的总自由能变化， 还需要包括表面能。
设晶坯为球型，半径为r，单位体积 自由能为ΔGV，单位表面积自由能为 σ，则体系总自由能变化为：
29
制造工艺与凝固组织
铸锭与铸件的凝固组织及偏析 凝固过程 浇铸 在模壁形核 形成枝状晶 形成等轴晶
晶粒形状可以通过后续处理来改变
30
模内钢液的温度分布 a)刚注入时的温度分布 b)激冷层形成后的温度分布
31
铸锭中的偏析
分为宏观偏析和显微偏析 宏观偏析的形成是由于不同阶段形成的合金成分差异所造成。
39
四、定向凝固
使材料定向凝固可以使材料获得单一方向延伸的柱状晶。 这种材料具有优良的力学性能或物理性能。
40
第七节 材料非晶态
1、概述 材料的最终结构取决于热力学条件与动力学条件两方面的因素， 对于金属来说形成晶体是热力学最稳定状态。当动力学条件不 满足时则要形成非晶体。对于纯金属，所需要的冷却速度为 1010K/s，而对于一些合金冷却速度可以降低至106K/s 。 容易形成非晶的条件：
过冷度增加，层片间距 减小，组织变细。
两相协同生长时液相中无溶 质堆积，无成分过冷，与纯 金属一样为平面式生长。
22
2、低熔化熵与高熔化 熵组元组成的共晶
生长特点
两相的生长速度有一 定差异，落后相的生 长需在领先相上形核， 领先相为连续相而落 后相为孤立相。
3、两种高熔化熵组 元组成的共晶
两相独立形核，无晶 体学位相关系
1）正离子原子价不小于3 2）正离子尺寸越小越易于形成非晶 3）正离子电负性在1.5-2.1之间 4）在结构上以共价键为主
41
非晶合金的形成规律
42
2、常用材料的非晶态 硅酸盐矿物在自然界中分布极为广泛已知的硅酸盐矿物有600多 种，约占已知矿物种的1/4，占地壳岩石圈总质量的85%。在硅酸 盐结构中，每个Si原子一般为四个O原子包围，构成[SiO4]四面 体，即硅氧骨干，它是硅酸盐的基本构造单位。
G
4 3
r
3GV
4r 2
由于ΔGV和σ均为常数
d (G) dr
4r 2GV
8r
令
d (G) dr
0,
r
rk
,有
:
rk
2
GV
进一步求得：
Gk
16 3
3(GV )2
称为临界晶核形成功 5
Gk
16
3(GV
3
)2
临界晶核表面积：
Ak
4rk2
16 2
(GV )2
Gk
1 3
Ak
这一结果表明，液固两相自由能差
比重偏析：两组元密度差异很大时先析出部分会浮在 上面或沉在下面。 反偏析：凝固时杂质反而趋于表面。 显微偏析：晶粒内部的成分不均匀现象。分为胞状偏析和 树枝偏析。 胞状偏析：胞壁含溶质较多的显微偏析。 树枝偏析：树枝枝干与间隙处的成分差异形成的显微偏析。
32
连续铸造和熔化焊的凝固组织
连续铸造是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金属，不断浇入 一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的铸件，连续不断 地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特定的长度的铸件。
蒸发的步骤
1、离开扭折位置沿台阶运动 2、离开台阶成为吸附原子 3、在固体表面扩散 4、离开表面进入气相
57
表面能：表面原子键遭到破坏所需要的能量
不同晶面作为表面时破坏的原子键数量不同，表面能也不同。 例如：面心立方晶体外表面是（111）时表面能是0.25LS/Na， （200）时为0.25LS/Na
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岛状
三方环
四方环
六方环
单链
双链