晶体的生长机理及生长速度(非完整界面生长)新作业

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1、2021/7/2013）从缺陷处生长机理――非完整界面的生长利用晶体缺陷实际结晶时，晶体生长表面上往往难以避免因原子错排而造成缺陷，例如螺型位错与孪晶。这些缺陷为晶体生长(原子堆砌)提供现成的台阶，从而避免了二维晶核生长的必要性。如铸铁中的石墨和铝合金中的硅，就是利用晶体本身缺陷实现生长的典型例子。①螺旋位错生长机制在光滑界面上一旦发生螺旋位错时，如图2-10(a)所示，界面就由平面变成螺旋面，并产生与界面垂直的壁而构成台阶。光滑界面生长困难－－晶体怎么办？2021/7/202图2-10螺旋位错生长机制(a)螺旋位错及生长台阶(b)螺旋线

2、的形成2021/7/203因此，通过原子在台阶上的不断堆砌，围绕着壁而旋转生长，不断地向着液相纵深发展，最终在晶体表面形成螺旋形的螺线，如图2-10(b)所示。由于台阶在生长过程中不会消失，所以生长可以一圈接一圈地连续进行，其生长所需的动力学过冷度比二维形核小得多，生长速率也较大。生长速率R与动力学过冷度ΔTK之间为抛物线关系，即式中的动力学系数μ3≈10-2～10-4cm／(s，K)。2021/7/204螺型位错对铸铁中石墨结晶形态有重要影响。铸铁中的石墨属于小平面相，它的形态取决于各个晶向的生长速率的差别，当R<0001>小于R<10

3、10>时，就会形成由{0001｝面所包围的片状石墨；如果R<1010>小于R<0001>时，则将形成六棱柱状，并趋向于径向生长，其显微形状呈球形，因此称为球墨铸铁。2021/7/205②通过孪晶生长的机制旋转孪晶和反射孪晶的面缺陷提供的台阶，也不会在晶体生长过程中消失。旋转孪晶对片状石墨的生长有重要作用。石墨晶体具有以六角形晶格为基面的层状结构，基面之间的结合较弱。在结晶过程中原子排列层错使上下层之间旋转产生一定的角度，如图2-11(a)所示。在旋转边界周围提供若干生长位置，使石墨晶体沿着侧面〈100〉方向很快长大成为片状。2021/7/

4、206(a)(b)图2-11通过孪晶生长机制(a)石墨的旋转孪晶及其生长台阶(b)面心立方晶体反射孪晶及其凹角边界2021/7/207由反射孪晶的两个(l11)面构成的凹角也是可供晶体生长的台阶源,如图2-11(b)原子可以直接向凹角沟槽的根部堆砌，当生长沿着孪晶面横向进行时，凹角不会消失，从而保证了连续生长。这种生长机制对Al－Si合金中Si的结晶有重要作用。2021/7/2084）过冷度对界面性质及动力学过程的影响－－晶体长大速度比较如图2-12粗糙界面的连续长大的生长速度最快。因为它的生长“台阶”弥散地分布与整个界面上，液体中的原子

5、可以在界面上任何位置连续堆砌，使晶体连续长大。螺旋位错机理的长大速度小于前者，但增大过冷度，可使界面上螺旋位错增多，界面长大速度加快。当达到临界过冷ΔT1后，界面上螺旋位错大量增加，其密度很高，犹如粗糙界面一样，此时两者生长速度相等。2021/7/209图2-12晶体三种长大方式的长大速度与过冷度的关系1粗糙界面的连续长大；2通过螺旋位错机制的长大；3通过二维生核长大返回2021/7/2010二维生核长大机制，需要很大过冷度。但当生长表面上的过冷度达到临界值ΔT2后，晶体生长表面上的二维晶核密度迅速增大，长大速度迅速加快。当过冷度达到ΔT

6、3时，其生长界面类似于粗糙界面，此时的长大速度与粗糙界面完全相同。2021/7/2011作业“聪明的金属”－液相成形过程自我调节机制谈。