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《14.晶體生長(zhǎng)的界面形態(tài)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、晶體生長(zhǎng)的界面形狀晶體的形態(tài)問(wèn)題是一個(gè)十分復(fù)雜而未能徹底解決的問(wèn)題自然界中存在的各式各樣美麗的雪晶就體現(xiàn)了形態(tài)的復(fù)雜性影響晶體形態(tài)的因素：晶體的形態(tài)不僅與其生長(zhǎng)機(jī)制有關(guān)，螺型位錯(cuò)在界面的露頭處所形成的生長(zhǎng)蜷線令人信服地證明了這一點(diǎn)，而且還與界面的微觀結(jié)構(gòu)、界面前沿的溫度分布及生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)等很多因素有關(guān)。鑒于問(wèn)題的復(fù)雜性鑒于問(wèn)題的復(fù)雜性，下面僅就界面的微觀結(jié)構(gòu)和界面前沿溫度分布的幾種典型情況敘述力如下：在正的溫度梯度下生長(zhǎng)時(shí)界面形態(tài)：結(jié)晶潛熱散失：在這種條件下，結(jié)晶潛熱只能通過(guò)已結(jié)晶的固相和型壁散失，相界面推移速度：相界面向液相中的推移速度受其散熱速率的控制
2、。根據(jù)界面微觀結(jié)構(gòu)的不同晶體形態(tài)有兩種類型：規(guī)則的幾何外形和平面長(zhǎng)大方式正溫度梯度光滑界面的情況正溫度梯度下的光滑界面：對(duì)于具有光滑界面的晶體來(lái)說(shuō)，其顯微界面為某一品體學(xué)小平面，它們與散熱方向成不同的角度分布著，與熔點(diǎn)等溫面呈一定角度，但從宏觀來(lái)看，仍為平行于Tm等溫面的平直面，如圖2.25a所示。這種情況有利于形成具有規(guī)則形狀的晶體，現(xiàn)以簡(jiǎn)單立方晶體為例進(jìn)行說(shuō)明晶面不同原子密度不同表面能不同長(zhǎng)大速度不同：在討論形核問(wèn)題時(shí)曾經(jīng)假定，形成一個(gè)球形晶核時(shí)，其界面上各處的表面能相同。但實(shí)際上晶體的界面是由許多晶體學(xué)小平面所組成，晶面不同，則原子密度不同，從而導(dǎo)
3、致其具有不同的表面能。熱力學(xué)的研究結(jié)果表明，原子密度大的晶面長(zhǎng)大速度較??；原子密度小的晶面長(zhǎng)大速度較大。但是長(zhǎng)大速度大的晶面易于被長(zhǎng)大速度小的晶面所制約，這個(gè)關(guān)系可示意的用圖2.26來(lái)說(shuō)明圖中實(shí)線八角形代表晶體從開(kāi)始生長(zhǎng)，一次經(jīng)歷等不同時(shí)間時(shí)的截面，箭頭表示長(zhǎng)大速度。由圖可以看，簡(jiǎn)單立方晶體的{001}晶面為密排面，{110}為非密排面，因此方向長(zhǎng)大速度大,、等方向的生長(zhǎng)速度小，非密排面將逐漸縮小而消失，最后晶體的界面將完全變?yōu)槊芘牌访?，顯然這是一個(gè)必然的結(jié)果所以以光滑界面結(jié)晶的晶體如及合金中的某些金屬化合物，若無(wú)其它因素干擾，大多可以成長(zhǎng)為以密排晶面為
4、表面的晶體，具有規(guī)則的幾何外形正溫度梯度光滑界面的情況粗糙界面和熔點(diǎn)等溫面的關(guān)系：具有粗糙界面結(jié)構(gòu)的晶體，在正的溫度梯度下成長(zhǎng)吋，其界面為平行于熔點(diǎn)等溫面的平直界面，它與散熱方向垂直，如圖2.25b所示正溫度梯度粗糙界面平面長(zhǎng)大方式：一般說(shuō)來(lái),這種晶體成長(zhǎng)時(shí)所需的過(guò)冷度很小，界面溫度差不多與熔點(diǎn)相重合，所以晶體在成長(zhǎng)時(shí)界面只能隨著液體的冷卻而均勻一致地向液相推移，如果一旦局部偶有突出，那么它便進(jìn)入低于臨界過(guò)冷度甚至熔點(diǎn)以上的溫度區(qū)域，成長(zhǎng)立刻減慢下來(lái)，甚至被熔化掉，所以固液界面始終可以近似地保持平面。這種長(zhǎng)大方式稱為平面長(zhǎng)大方式。在負(fù)的溫度梯度下生長(zhǎng)的界
5、面形態(tài)負(fù)溫度梯度粗糙界面具有粗糙界面的晶體在負(fù)的溫度梯度下生長(zhǎng)時(shí)很快長(zhǎng)成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的晶體1.具有粗糙界面的晶體在負(fù)的溫度梯度下生長(zhǎng)時(shí)，由于界面前沿的液體中的過(guò)冷度較大，如果界面的某一局部發(fā)展較快而偶有突出，則它將伸入到過(guò)冷度更大的液體中，從而更加有利于此突出尖端向液體中的成長(zhǎng)。2.雖然此突出尖端在橫向也將生長(zhǎng)，但結(jié)晶潛熱的散失提高了該尖端周圍液體的溫度，而在尖端的前方，潛熱的散失要容易的多，因而其橫向長(zhǎng)大速度遠(yuǎn)比朝前方的長(zhǎng)大速度為小，故此突出尖端很快長(zhǎng)成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的晶體，稱為主干一次晶軸和二次晶軸：1.假如剛開(kāi)始形成的晶核為多面體晶體，那么這些光滑的小平面界
6、面在負(fù)的溫度梯度下也是不穩(wěn)定的，在多面體晶體的尖端或棱角處，很快長(zhǎng)出細(xì)長(zhǎng)的主干。2.這些主干即為一次品軸或一次品枝。3.在主干形成的同時(shí)，主干與周圍過(guò)冷液體的界面也是不穩(wěn)定的，主干上同樣會(huì)出現(xiàn)很多凸出尖端，它們長(zhǎng)大成為新的品枝，稱為二次晶軸或二次品枝一次晶軸和二次晶軸的角度：對(duì)一定的晶體來(lái)說(shuō)，二次晶軸與一次晶軸具有確定的角度，如在立方品系中，二者是相互垂直的。三次晶枝及樹(shù)枝晶：二次晶枝發(fā)展到一定程度，又在它上面長(zhǎng)出三次品枝，如此不斷地枝上生枝，同時(shí)各次枝又在不斷的伸長(zhǎng)和壯大，由此而形成如樹(shù)枝狀的骨架，故稱為樹(shù)枝晶,簡(jiǎn)稱枝品每一個(gè)枝晶長(zhǎng)成為一個(gè)晶粒最后晶體
7、的形態(tài)1.當(dāng)所有的枝晶都嚴(yán)密合縫地對(duì)接起來(lái)，并且液相也消失時(shí)，就分不出樹(shù)枝狀了，只能看到各個(gè)晶粒的邊界，如圖2.28b2.如果金屬不純，則在枝與枝之間最后凝固的地方留存雜質(zhì)，其樹(shù)狀輪廓仍然可見(jiàn)3.如若在結(jié)晶過(guò)程中間，在形成了一部分金屬晶體之后，立即把其余的液態(tài)金屬抽掉，這時(shí)就會(huì)看到，正在長(zhǎng)大著的金屬晶體確實(shí)呈樹(shù)枝狀。4.有時(shí)在金屬錠的表面最后結(jié)晶終了時(shí)，由于晶枝之間缺乏液態(tài)金屬去填充，結(jié)果就留下了樹(shù)枝狀的花紋。圖2.29為在鋼錠中所觀察到的樹(shù)枝晶不同結(jié)構(gòu)的晶體其晶軸的位向可能不同如表2-2所示面心立方品格和體心立方晶格的金屬，其樹(shù)枝晶的各次品軸均沿<10
8、0>的方向長(zhǎng)大，各次晶軸之間相互垂直。其它不是立方晶系的金屬，各次晶軸彼此可能并
