晶體的生長機(jī)理及生長速度(非完整界面生長)新作業(yè)

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1、2021/7/2013）從缺陷處生長機(jī)理――非完整界面的生長利用晶體缺陷實際結(jié)晶時，晶體生長表面上往往難以避免因原子錯排而造成缺陷，例如螺型位錯與孿晶。這些缺陷為晶體生長(原子堆砌)提供現(xiàn)成的臺階，從而避免了二維晶核生長的必要性。如鑄鐵中的石墨和鋁合金中的硅，就是利用晶體本身缺陷實現(xiàn)生長的典型例子。①螺旋位錯生長機(jī)制在光滑界面上一旦發(fā)生螺旋位錯時，如圖2-10(a)所示，界面就由平面變成螺旋面，并產(chǎn)生與界面垂直的壁而構(gòu)成臺階。光滑界面生長困難－－晶體怎么辦？2021/7/202圖2-10螺旋位錯生長機(jī)制(a)螺旋位錯及生長臺階(b)螺旋線

2、的形成2021/7/203因此，通過原子在臺階上的不斷堆砌，圍繞著壁而旋轉(zhuǎn)生長，不斷地向著液相縱深發(fā)展，最終在晶體表面形成螺旋形的螺線，如圖2-10(b)所示。由于臺階在生長過程中不會消失，所以生長可以一圈接一圈地連續(xù)進(jìn)行，其生長所需的動力學(xué)過冷度比二維形核小得多，生長速率也較大。生長速率R與動力學(xué)過冷度ΔTK之間為拋物線關(guān)系，即式中的動力學(xué)系數(shù)μ3≈10-2～10-4cm／(s，K)。2021/7/204螺型位錯對鑄鐵中石墨結(jié)晶形態(tài)有重要影響。鑄鐵中的石墨屬于小平面相，它的形態(tài)取決于各個晶向的生長速率的差別，當(dāng)R<0001>小于R<10

3、10>時，就會形成由{0001｝面所包圍的片狀石墨；如果R<1010>小于R<0001>時，則將形成六棱柱狀，并趨向于徑向生長，其顯微形狀呈球形，因此稱為球墨鑄鐵。2021/7/205②通過孿晶生長的機(jī)制旋轉(zhuǎn)孿晶和反射孿晶的面缺陷提供的臺階，也不會在晶體生長過程中消失。旋轉(zhuǎn)孿晶對片狀石墨的生長有重要作用。石墨晶體具有以六角形晶格為基面的層狀結(jié)構(gòu)，基面之間的結(jié)合較弱。在結(jié)晶過程中原子排列層錯使上下層之間旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定的角度，如圖2-11(a)所示。在旋轉(zhuǎn)邊界周圍提供若干生長位置，使石墨晶體沿著側(cè)面〈100〉方向很快長大成為片狀。2021/7/

4、206(a)(b)圖2-11通過孿晶生長機(jī)制(a)石墨的旋轉(zhuǎn)孿晶及其生長臺階(b)面心立方晶體反射孿晶及其凹角邊界2021/7/207由反射孿晶的兩個(l11)面構(gòu)成的凹角也是可供晶體生長的臺階源,如圖2-11(b)原子可以直接向凹角溝槽的根部堆砌，當(dāng)生長沿著孿晶面橫向進(jìn)行時，凹角不會消失，從而保證了連續(xù)生長。這種生長機(jī)制對Al－Si合金中Si的結(jié)晶有重要作用。2021/7/2084）過冷度對界面性質(zhì)及動力學(xué)過程的影響－－晶體長大速度比較如圖2-12粗糙界面的連續(xù)長大的生長速度最快。因為它的生長“臺階”彌散地分布與整個界面上，液體中的原子

5、可以在界面上任何位置連續(xù)堆砌，使晶體連續(xù)長大。螺旋位錯機(jī)理的長大速度小于前者，但增大過冷度，可使界面上螺旋位錯增多，界面長大速度加快。當(dāng)達(dá)到臨界過冷ΔT1后，界面上螺旋位錯大量增加，其密度很高，猶如粗糙界面一樣，此時兩者生長速度相等。2021/7/209圖2-12晶體三種長大方式的長大速度與過冷度的關(guān)系1粗糙界面的連續(xù)長大；2通過螺旋位錯機(jī)制的長大；3通過二維生核長大返回2021/7/2010二維生核長大機(jī)制，需要很大過冷度。但當(dāng)生長表面上的過冷度達(dá)到臨界值ΔT2后，晶體生長表面上的二維晶核密度迅速增大，長大速度迅速加快。當(dāng)過冷度達(dá)到ΔT

6、3時，其生長界面類似于粗糙界面，此時的長大速度與粗糙界面完全相同。2021/7/2011作業(yè)“聰明的金屬”－液相成形過程自我調(diào)節(jié)機(jī)制談。