第9-10讲固液界面结构概要.ppt

晶体长大速度 1、连续长大 2、二维晶核台阶长大 3、螺旋位错台阶长大 * 关键问题讨论 晶体长大的微观机制是怎样的？一种还是多种？ 长大机制与界面结构的联系？ 长大机制与晶体形貌的关系？ 长大方式由什么决定？ 如何建立不同长大方式下的长大速度的理论模型 哪些因素影响长大速度？ 第3课时 * 质疑与讨论 晶体生长的机制： 连续长大：粗糙界面 侧面长大：二维晶核台阶、缺陷台阶长大 生长速度方程： 连续长大 二维台阶长大： 螺位错长大： 第4课时 * 影响生长速度的因素？ 过冷度ΔTk 界面特性：界面结构类型，台阶高度a，台阶间的距离，界面张力?，散开系数g 材料特性：结晶潜热ΔHm，平衡温度Tm，液相扩散系数DL * 生长速度与过冷度的关系 过冷度 长大速度 台阶长大 螺位错 连续长大 第4课时 * 质疑与讨论 界面结构类型与长大机制的关系 非小晶面：连续长大 小晶面：二维晶核台阶、缺陷台阶长大 长大机制与过冷度的关系 过冷度小，按螺位错方式长大 过冷度大，连续长大 二维晶核长大在任何情况下，可能性都不大。 第4课时 * 质疑与讨论 长大机制与晶体形貌的关系 快速长大的晶面会消失，而留下长大较慢的晶体平面。 在小过冷度下，侧面长大（光滑界面）长成多角形或板条状。对性能不利。 增大过冷度，按连续长大（粗糙界面），形成粒状或球状 第4课时 * 思考与练习 课本：3.6，3.7，3.8，3.10 * 练习提示 3.6：几何关系 3.7：根据计算结果讨论 3.8 (光滑界面g=1）：对结果分析 3.10：体会晶体形貌的可变性。 第4课时 * 本章小结 解决的基本问题 形核的能量变化、方式、机理、速度 长大的机制、方式、速度和结果（形貌） 研究问题的基本方法 理论建模 实验结果的综合分析 局限性和普适性 未考虑溶质的影响作用——纯金属 属于基本原理，普遍适用。 * §2.3 固液界面结构 2学时 * 序 晶核形成的标志： 出现了固相和液相两个紧密相关的相 出现了固—液相界面 固—液相界面： 原子长程有序与长程无序的过渡区，厚度很小。 是一个区域，不是一个面。 固—液相界面结构的作用： 决定了原子继续附着与堆积的行为 决定了晶体长大后的形貌 * 序 固—液相界面的结构形式 微观粗糙界面（非小晶面nonfaceted） 微观光滑界面（小晶面faceted） 界面结构与长大方式、形貌的联系 微观粗糙界面——非小晶面长大——宏观无结晶面特征 微观光滑界面——小晶面长大——宏观有结晶面特征 影响界面结构的因素 材料类别：金属多为粗糙界面，类金属和金属间化合物多为光滑界面 熔化熵：熔化熵大，多为光滑界面。 * 思考关键问题 固液界面的微观结构是什么样的？其实质是什么？ 不同的界面结构与长大后的晶体形貌的联系？ 界面结构受哪些因素影响？ 为什么会有不同类型界面？ 如何判定界面类型？ 界面类型和长大方式可以控制吗？ 第1课时 * 质疑：界面类型的微观实质？ 界面类型的实质：能量最低时的原子沉积几率不同。（画图讲解图3-23） 能量最低时原子沉积几率近似为0或1，说明是光滑界面。 能量最低时原子沉积几率近似为远离0或1，说明是粗糙界面。 用a来判断：a小于2时，为粗糙界面。a大于5的合金，为光滑界面。 第1课时 * a=1.0 a=3.0 a=5.0 a=10.0 a=2.0 相对自由能变化 0 -0.5 0.5 1.0 1.5 界面上原子所占位置分数 0.5 1.0 0 * 问：什么因素影响能量最低时的原子沉积几率（界面类型） 熔化熵：式3-22的理解 注意到：熔化熵ΔSm=ΔHm/Tm，所以ΔSm直接影响a值。 熔化熵如何影响界面类型？ 越大，a越大，能量最低情况越趋向小晶面 表面原子与内部原子的配位数比，受晶体结构和界面的晶面控制。界面是密排面时最高。 * 如何建立自由能变化与原子沉积几率的相关关系？ P94 一个结合键的能量 表面层排满时的结合能 表面层排不满时的结合能 表面层排不满造成的结合能差 原子沉积过程的自由能变化 熔点时原子沉积过程的自由能变化 * 模型的应用 利用自由能变化与原子沉积几率关系分析界面沉积类型 做图发现，a不同，曲线明显不同！ 观察最小值 最小值位置的意义 微观结构与宏观表现的关系 微观上小晶面（光滑），宏观上粗糙界面 微观上非小晶面（粗糙），宏观上光滑界面 第2课时 * 图解 固液界面类型 小晶面 非小晶面 宏观上光滑 无任何结晶面特征 金属和某些有机物 宏观上锯齿状 显示结晶面特征 类金属，金属间化合物，矿物，某些有机物 第2课时 固-液界面的微观结构 粗糙界面：界面固相一侧的点阵位置只有约50%被固相原子所占据，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面结构。 粗糙界面也称“非小晶面”或“非小