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第9-10讲固液界面结构概要
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
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