晶体的生长机理及生长速度(非完整界面生长)新作业.ppt

2020 2 24 1 3 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 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 2020 2 24 2 图2 10螺旋位错生长机制 a 螺旋位错及生长台阶 b 螺旋线的形成 2020 2 24 3 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 TK之间为抛物线关系 即式中的动力学系数 3 10 2 10 4cm s K 2020 2 24 4 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小于R时 就会形成由 0001 面所包围的片状石墨 如果R小于R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 2020 2 24 5 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 2020 2 24 6 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 2020 2 24 7 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 2020 2 24 8 4 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 T1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 2020 2 24 9 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 2020 2 24 10 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 T2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 T3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 2020 2 24 11 作业 聪明的金属 液相成形过程自我调节机制谈