重庆大学金属凝固原理4纯金属晶体生长界面动力学过程.ppt

第四章 纯金属晶体生长界面  动力学过程; 液体金属中形核以后，液体中的原子陆续向晶体表面排列堆砌，晶体便不断长大。因此晶体的生长就是液体中的原子向晶体表面的堆砌过程，也是固-液界面向液体中不断推移的过程。 晶体的生长主要受以下三个因素的影响： · 界面前沿液体中的温度条件 · 界面的结构 · 对合金而言，还与界面前液体中的溶质浓度及合 金本身性质有关。 本章只讲纯金属的晶体生长，合金的晶体生长在第五章中讲述。 ;§4-1晶体生长界面微观动力学 §4-2 晶体宏观生长方式 §4-3 晶体微观生长方式;§4-1晶体生长界面微观动力学; 如果界面上固体原子具有大于QS（固体激活能）的激活 能，即克服QS的能量势垒，就越过界面跳到液体中，发生 部分固体的熔化。 设固体原子跳到液体中的面密度为n，熔化速度为：; 二、晶体生长的条件;§4-2 晶体宏观生长方式; 一、界面前沿存在正温度梯度（单向凝固条件）——平面生长; 当界面前沿存在正温度梯度时，平界面是稳定的，此界面的温度是~Tm的等温场，只有当液体的温度进一步降低，界面上形成 的过冷度时，界面才以平面方式继续向前推进。;二、界面前沿存在负温度梯度（在过冷的液体中生核和生长时）——树枝状生长;图 5. 突出部分发展成枝晶状;小结：纯金属晶体宏观生长方式只有两种： · 平面方式生长（界面前沿存在正 温度梯度，即GL ） · 树枝状方式生长（界面前沿存在 负温度梯度,即GL＜0 ） 而合金晶体的宏观生长方式除上述两种外， 还有胞状生长方式（第五章讲述）。;§4-3 晶体微观生长方式;一、固-液界面结构;1、粗糙界面与光滑界面;粗糙界面与光滑界面是在原子尺度上的界面厚度上的差别，注意要与凝固过程中固－液界面形态上的差别相区别，后者尺度在μm 数量级。;2、两种界面结构类型的判据 ;· ? ≤2 粗糙界面;二、晶体的微观长大方式; 1. 连续生长 ;2. 晶体的二维生长;· 生长特点： — 生长过冷度 很大： — 生长速度 很慢： ( —二维生长 系数 b —常数) — 生长后晶体形貌：多面体（也称小晶面） ;3. 晶体从缺陷处生长;（1）螺旋位错生长;（2）反射孪晶生长;（3）旋转孪晶生长;4、三种生长方式生长速度的比较;第4章作业： 1. 金属及合金的凝固包括哪两个过程？完成这两个 过程需要哪两种过冷度？这两种过冷度的区别及物 理意义何在？ 2. 影响晶体生长的因素主要有哪些？ 3. 固-液界面前沿液体中存在哪两种温度条件？对 于纯金属在这两种温度条件下，其晶体的宏观生长 方式各是什么？为什么没有胞状生长方式？ 4. 固-液界面的微观结构分为哪两大类？判断这两 类结构的热参数是什么？ 5. 晶体的微观生长方式有几种？它们各自的生长 特点是什么？