晶体的长大资料教程

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第 晶体长大方式：垂直长大，横向长大
四 节
3.4.3.2 横向长大方式(台阶生长机制)
晶 光滑界面结构，依靠小台阶接纳液态原子。
体 的
长大速度较慢，所需过冷度较垂直长大高
长
大
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3 §3.4.3 晶体长大的机制
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第 晶体长大方式：垂直长大，横向长大
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金属 结晶 理论
晶核的 形成
晶核的 长大
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热力学条件：过冷度 临界过冷度 条件 结构条件：结构起伏（相起伏） 临界晶核
能量条件：能量起伏 临界形核功
均匀形核：形核率受过冷度影响 方式 非均匀形核：形核率受过冷度、杂质结构
参数：形核率
及表面形貌影响
条件：动态过冷度 垂直长大：粗糙界面
机制 横向长大：光滑界面 二维晶核台阶机制 晶体缺陷台阶机制
形态 平面状长大：正温度梯度，粗糙界面为主 树枝状长大：负温度梯度，粗糙界面
参数：长大速度，与界面结构、过冷度有关
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第 四 节
一个晶粒各个界面长大速度不一致，以平均值表示晶体 长大速率。 晶体长大速率与过冷度的关系：
晶
体
的
长
大
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§3.4.4 晶体长大的形态
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第 长大形态：长大过程中液-固界面的形态。
四 两种：平面状长大，树枝状长大 节 取决于：液-固界面结构的类型，界面前沿液相中温度分布
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§3.4.2 液-固界面的微观结构
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第 稳定长大过程，界面能量始终保持最低。
四 两种能量低的界面结构：光滑界面，粗糙界面
节
晶 体
•光滑界面：液-固界面上 的原子排列较规则，界
的 面处两相截然分开。微
长 观上界面光滑，宏观上
大 有若干小平面。
•粗糙界面：液-固界面上
四 节
3.4.3.2 横向长大方式(台阶生长机制)
晶 体
•二维晶核台阶生长机制：均匀形核-二维晶核-横向长大 特点：长大不连续，速度慢
的 •晶体缺陷台阶生长机制：依靠螺型位错或孪晶面生长
长 特点：长大连续，速度较慢
大
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3 §3.4.3 晶体长大的机制
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的原子排列较混乱，原
子分布高低不平整，在
几个原子厚度的界面上，
液、固两相原子各占位
置的一半。宏观上界面
平直。
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§3.4.2 液-固界面的微观结构
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第 理论证明：
四 界面粗糙化时，界面自由能的相对 节 变化：
晶 △Gs/(NkTm)=αx(1-x)+xlnx+(1-x)ln(1-x)
前沿液体中成现负温度梯度。
晶
体
的
长
大
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3 §3.4.4 晶体长大的形态
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第 四
3.4.4.2 平面状长大形态
节 液-固界面始终保持平直的表面
晶 向液相中长大，长大中的晶体 体 也一直保持规则的形态。
的 条件：正温度梯度，粗糙界面
长 大
结构的晶体为主
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晶
体 的 长 大
3.4.4.1 液-固界面前沿液相中的温度梯度 •正温度梯度：液相中，距液-固界面越远，温度越高。 •负温度梯度：液相中，距液-固界面越远，温度越低。
固液
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§3.4.4 晶体长大的形态
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第 四 节
将纯锡熔化，注入模中，缓慢冷却，液体过冷（线1）， 由模壁形核，向液体中成长，释放潜热，界面温度升高，
3 §3.4.1 晶体长大的条件
(1)
第 四 节
晶
•晶体长大：液体中原子迁移到晶体表面，即液-固界面 向液体中推移的过程。 •平衡状态：(dN/dT)M=(dN/dT)F
体 温度对熔化和凝固速度的影响
的
长
Ti
大
•动态过冷：晶核长大所需的
界面过冷度。（远小于形核
所需过冷度）
•晶核长大条件：动态过冷、 合适的晶核表面结构
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3 §3.4.4 晶体长大的形态
来自百度文库
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第 四
3.4.4.2 平面状长大形态
节 3.4.4.3 树枝状长大形态
晶 液-固界面不断分支发展
体 条件：负温度梯度
的 长
特点：有方向性，取决于晶体结构
大 枝臂间距：邻近的两根二次轴中心线之间的距离。
冷却速度大，枝臂间距小，强度、塑性好
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体 的 长 大
α=ξLm/(kTm) ξ为晶体学因子，晶面原子密度小， ξ小。
α ≤2时，x=0.5处，界面能最小，粗 糙界面
α ≥5时，x靠近0或1处界面能最小， 光滑界面
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3 §3.4.3 晶体长大的机制