晶体的长大界面处原子迁移

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2.1.3,晶体的长大,晶核形成以后，通过生长完成其结晶过程。,晶体生长是液相中原子不断向晶体表面,堆砌,的过程，,也是固,液界面不断向液相中,推移,的过程。,界面处,固、液两相体积自由能的差值,G,V,构成了晶体生长的,驱动力,，,其大小取决于界面温度，,对合金而言还与其成分有关。,2024/9/12,1,晶体的生长主要受以下几个彼此相关的过程所制约：, 界面生长动力学过程；, 传热过程；, 传质过程。,本节主要讨论晶体生长的界面动力学问题。,2024/9/12,2,1.,晶体生长中固,液界面处的原子迁移,在晶体生长过程中，由于,能量起伏,，界面两侧总有一部分原子在获得足够能量后越过界面而进入另一相。,因此在界面处始终存在着两种,方向相反的原子迁移,运动,),：,固相原子迁移到液相中的,熔化反应,(,m,),；,液相原子迁移到固相中为,凝固反应,(,F,),。,图,2-5,固,液界面处的原子迁移,2024/9/12,3,单位面积界面处的反应速率为,：,N,S,、,N,L,单位面积界面处固、液两相的,原子数,，对于平界面，,N,S,N,L,N,f,S,、,f,L,固、液两相中每个,具有足够能量,的原子,跳向,界面的,几率,，一般,f,S,f,L,=,1/6,；,A,m,、,A,F,一个原子到达界面后,不,因弹性碰撞而被,弹回几率,，,Am,1,，而,A,F,1,。,A,F,与原子到达晶体表面后所具有的近邻原子数有关。晶体表面的台阶越多，迁移原子就越易于获得较多的近邻原子，因而它被弹回的几率就越小，,A,F,也就越大；,v,S,、,v,L,界面处固、液两相原子的,振动频率,，可近似地认为,v,S,v,L,v,；,T,i,为界面温度；,Q,一个具有平均自由能的液相原子越过界面时所需的,激活自由能,；,G,V,一个液相原子与一个固相原子所具有的平均体积,自由能差值,2024/9/12,4,。根据,有：,显然，只有当,时，晶体才能生长，生长速度,u,应与其差值成正比,生长速度,u,即,2024/9/12,5,由此可见：,1,),只有当,T,i,时，才有,u,0,，,即： 只有当界面处于过冷状态并使相变驱动力足以克服热力学能障,时晶体才能生长。,晶体生长所必需的过冷度称,动力学过冷度,，,以,T,K,T,0,T,i,表示。,2024/9/12,6,热力学,取决于界面处固相一侧所具有的台阶数量；,动力学,G,V,取决于固、液两相结构上的差异以及液相原子向固相原子过渡的具体形式。,因此界面生长动力学规律，即生长速度与过冷度之间的关系将与,界面的微观结构,以及,晶体的生长机理,密切相关 。,2024/9/12,7,