材科基知识点总结32-凝固与结晶

1纯金属晶体的长大晶体的长大可从宏观和微观两个方面分析：宏观长大指晶体长大中液-固界面所具有的形态,取决于界...



1[b]纯金属晶体的长大

晶体的长大可从宏观和微观两个方面分析：

宏观长大指晶体长大中液-固界面所具有的形态,取决于界面前沿液体中的温度分布；

微观长大则指原子进入固相晶核表面的方式。

2[b]决定晶体长大方式和长大速度的主要因素

晶核的界面结构和界面附近的温度分布状况。

3[b]液体中的温度分布

1）正温度梯度：液相的结晶从冷却最快、温度最低的部位（模壁）开始。液体中心有较高的温度，液相的热量和结晶潜热沿已结晶的固相和模壁散失，因而界面前沿液体的过冷度随离开界面距离增大而降低，液体内部是过热的。

2）负温度梯度：极缓慢的冷却条件下，液体内部温度分布比较均匀，冷到一定过冷度下，液中某些能量有利区形成晶核并长大，长大放出潜热，使液固界面处温度高于液体内部，而出现随离开界面的距离增加，液体的过冷度增大，液体处于过冷状态。

4[b]晶体的宏观长大方式

1）平面方式长大：

液体具有正温度梯度分布情况下，晶体以平界面方式推移长大。

2）树枝状方式长大：

液体具有负温度梯度的条件下，界面上偶然凸起将伸入过冷的液体，液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一级轴，一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升高，过冷度降低因此类似的枝晶只在相邻一事实上间距的界面上形成，相互平行分布。在一次枝晶处的温度比枝晶间温度要高，这种负温度梯度使一级轴上双长出二级轴分枝，以及多级的分枝。枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热，使枝晶周围的液体温度升高到熔点以上，液体中出现正温度梯度，此时晶体依靠平界面方式推进，直至枝晶间隙全部填满。

5[b]第固液界面的微观结构

1)粗糙界面:α≤2,x=0.5,相应于界面上有一半位置为原子占据，一半为空位。界面在微观范围是粗糙的，高低不平，界面由几个原子厚的过渡层组成，但在宏观上是平直的。

2）光滑界面（或平整型界面）：当α>5，x→0和x→1处出现稳定的界面，x→0相应于固相原子在表面极少，x→1相应于空位在表面极少，因而界面保持晶体学光滑表面的特性，界面为一个原子的过渡层，与液相截然分开，界面上各自晶体学表面取向不同，因此宏观上看界面是曲折、锯齿形小平面。一般有机物形成光滑界面。

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