材科基知识点总结33-凝固与结晶

1晶体微观长大方式和长大速率（与界面结构有关）1）具有粗糙界面的物质（垂直长大机制）：界面有50%的空位，可...



1[b]晶体微观长大方式和长大速率（与界面结构有关）

1）具有粗糙界面的物质（垂直长大机制）：

界面有50%的空位，可以接受原子，故液体中的原子可以单个进入空位界面沿其法线方向垂直推移，晶体连续向液相生长，即连续长大，长大速率与过冷度呈正比：G1=K1•ΔT。大多数金属采用这种生长方式，最快的生长速度。

2）光滑界面晶体的长大（二维晶核长大机制）：

以均匀形核的方式在晶体学小平面界面上形成一个原子层厚的二维晶核，与原界面间出现台阶，个别原子可在台阶上填充，使二维晶核侧向生长，当该层填满后，再在新的界面上形成新的二维晶核，如此反复。长大速率取决于二维晶核的形核率，G2=K2e-B/ΔT。过冷度增加，长大速率增加当过冷度很大时，长大速率接近粗糙界面的连续长大速率。

螺旋长大方式（螺型位错长大机制）：光滑界面存在螺位错的露头，该界面成为螺旋面，形成台阶，原子附着台阶上使晶体长大。其速率与过冷度关系：G1=K3•ΔT2，长大速率低于连续长大，过冷度大，螺位错多，生长速度快。

2[b]宏观与微观长大方式综合

正温度梯度下：

宏观以平面方式生长，微观粗糙界面以连续生长方式，微观光滑界面以二维晶核生长方式；金属型粗糙微观界面有光滑或平直宏观界面，平整型光滑微观界面有曲折的小平面状宏观界面。

单相固溶体晶体的生长方式取决于成分过冷程度。

负温度梯度下：

微观粗糙界面以树枝状方式生长，微观光滑界面也有树枝状长大的倾向。

3[b]区域熔炼

以感应加热的方法将金属逐步熔化，金属棒从一端到另一端进行局部熔化，凝固过程也随之逐步进行。熔化区从开始端到终端，杂质元素就富集于终端，重复移动多次，金属棒纯度大大提高。

4[b]成分过冷

由于在不平衡凝固时，液相中溶质分布不均匀，在正温度梯度下，也会引起过冷，这种由于成分不均匀引起的过冷叫成分过冷。产生成分过冷的条件：液相中低的温度梯度，大的凝固速度和高的溶质浓度。

5[b]液体温度梯度的不同

成分过冷程度可分为三个区：

第1区，液相温度梯度大，TD>TL，帮不产生成分过冷。离开界面，过冷度减小，液相内部处于过热状态。固溶体晶体以平界面方式生长，形成稳定的平界面。

第2区，液相温度梯度减小，产生小的成分过冷区，形成胞状界面。出现胞状结构。

第3区，液相温度梯度平缓，成分过冷程度很大，晶体以树枝状方式生长，形成树枝状骨架。最后结晶潜热，温度升高，进一步减小过冷度，分枝生长停止，平界面生长，填充枝晶间隙。

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