3、伏(相起伏)结晶:大的过冷度------尺寸较大的相起伏(晶胚)--------晶核形成------晶核长大.近程有序:液体中的小范围内,存在着紧密接触规则排列的原子集团,但是在大范围内原子却是无序排列的.远程有序:在晶体中,大范围内的原子呈有序排列.结构起伏(相起伏):在液态金属中,近程有序的原子集团处于瞬间出现,瞬间消失,此起彼伏,变换不定的状态中,仿佛在液态金属中不断涌现一些极其微小的固态结构一样,这种不断变化的近程有序原子集团,叫…2.4晶核的形成一.均匀形核(均质形核或自发形核)自由能
4、变化:既:临界晶核半径既:形核方式:均匀形核:液相中各个区域出现新相晶核的几率相同.非均匀形核:新相优先出现于液相中的某些区域.(一)形核时的能量变化G和临界晶核半径rKV:晶胚的体积;S:表面积;GV;液固两相单位体积自由能差;S:单位面积的表面能.T:过冷度;Tm理论结晶温度;Lm熔化潜热.当rrK时,随晶胚尺寸增大,自由能降低,晶胚比较容易形成晶核.当r=rK时,晶胚可能消失,也可能长大形成晶核.过冷度T越大,
5、临界形核半径rK越小.最大相起伏(晶胚)尺寸rmax越大.当T>TK时,rmax>rK,尺寸较大的晶胚能够形成晶核.(二)形核功能量起伏:在一定温度下,系统有一定的自由能,这是指宏观平均能量.但是在微区各处的能量此起彼伏,变化不定.微区能量偏离平衡能量的现象,叫…形核功:形成临界晶核时,体积自由能的下降只补偿了表面能的2/3,还有1/3的表面能需要另外供给,既需要对形核作功,这部分功叫….形核功与过冷度的关系:过冷度增大,临界形核功显著降低,结晶过程容易进行.晶核形成=过冷液体中的相起伏+能
6、量起伏(三)形核率形核率的影响因素:形核功;扩散.二.非均匀形核(异质形核或非自发形核)(一)临界晶核半径和形核功体系自由能变化:临界晶核半径:形核功:=0,GK’=0.不需要形核功,液体中的固体相质点就是现成的晶核,可以在上面直接结晶长大.=180o,GK’=GK.均匀形核与非均匀形核所需要的能量起伏相同.0<<180o,GK’<GK.越小,非均匀形核越容易,需要的过冷度也越小.(二)形核率1.过冷度的影响2.固体杂质结构的影响3.固体杂质形貌的影响4.过热度的影响5.其他因
7、素的影响小节:金属形核的要点液态金属的结晶必须在过冷的液体中进行,液态金属的过冷度必须大于临界过冷度,晶胚尺寸必须大于临界晶核半径rK.前者提供形核的驱动力,后者是形核的热力学要求.2.rK值大小与晶核的表面能成正比,与过冷度成反比。过冷度越大，则rK值越小，形核率越大，但是形核屡有一个极大值。如果表面能越大，形核所需要的过冷度也应越大，因此，能够降低表面能的办法都能够促进形核。均匀形核需要结构起伏，也需要能量起伏，二者都是液体本身存在的自然现象。晶核的形成过程是原子的扩散迁移过程，因此结晶必须
8、在一定的温度下进行。在工业生产中，液体金属的凝固总是以非均匀形核的方式进行的。2.5晶核长大一.固液界面的微观结构(一)光滑界面：显微尺寸看粗糙，原子尺寸看光滑平整。(二)粗糙界面：显微尺寸看平整，原子尺寸看界面高低不平。二.晶体长大机制(一)二维晶核长大机制(二)螺型位错长大机制(三)垂直长大机制三.固液界面前沿液体中的温度梯度(一)正温度梯度:结晶潜热通过已结晶的固相和型壁散失(二)负温度梯度:结晶潜热通过结晶的固相和型壁,还有液体散失四.晶体生长的界面形状---晶体形态(一)正温度梯度下结
