固态相变,共晶,过冷度(北理工考研适用).doc

【非均匀形核】基底与结晶晶体结构越相似,越易促进非均匀形核。晶体长大【晶体长大】液相中液- 固界面位置存在原子相互迁移,即凝固和熔化,当液相向固体的原子迁移量高于固体向液体的原子迁移量大时,晶粒长大。晶体长大过程中,固- 液界面力图保持能量最低。熔化熵是表征晶体凝固过程中生长特性的参数。△S f- 熔化熵; k- 波尔玆曼常数; △H f- 熔化潜热; Te- 理论凝固温度。大多数金属属此类。【粗糙界面】固- 液界面微观上粗糙不平,存在几个原子层厚的过渡层,过渡层约有半数原子的位置为固相所占据, 称为粗糙界面。从宏观上看, 界面显得平直, 不出现曲折的小平面。液相原子不断在固相表面各处连续沉积,使晶体垂直于界面向液相中连续生长。晶体生长特点: ①不需孕育期和形核功; ②连续垂直生长; ③固- 液界面生长所需动态过冷度△ Tk( 结晶时,固- 液界面处温度与理论结晶温度之差) 很小(约 10-4 ℃); ④生长速率(固- 液界面向液相推进速率) 很大: v=k △T 半导体硅、锗以及锑、铋等属此类。【光滑界面】以上为液相, 以下为固相, 固相的表面为基本完整的原子密排面, 液固两相截然分开, 所以从微观上看是光滑的, 但是在宏观上它们往往由不同位相的小平面组成, 故呈折线状,这类界面也称小平面界面。界面上存在许多台阶, 液相原子在台阶处附着沉积, 使晶体横向一层一层的向液相中生长。晶体生长特点: ①依赖界面台阶的生长速率较慢。②当界面存在螺位错时, 不需在固- 液界面上反复形核, 生长连续, 生长速率为: v=k ’△ T2 (k’为常数) 高分子及一些结构复杂的物质属此类。 e ff kT H /kS ???? 1、2 kT H e f??生长特点: ①需要不断形成新的二维晶核,需形核功,生长不连续; ②晶体生长需要较大动态过冷度△ Tk (1~2℃); ③生长速率: v=Aexp(-B/ △ Tk) 式中, A、B 为常数。二、温度梯度对晶体生长的影响 1 、正温度梯度下的晶体生长—平面状生长--- 纯物质平面生长,形成等轴晶粗糙界面和光滑界面皆以平面状方式向液相中推移。★这种情况下,结晶潜热只能通过固相散出,相界面的推移速度受固相传热速度所控制。晶体的生长以接***面状向前推移, 这是由于温度梯度是正的, 当界面上偶尔有凸起的部分而伸温度入较高的液态中时, 它的生长速度就会减慢甚至停止, 周围部分的过冷度较凸起部分大而会赶上来,使凸起部分消失,这种过程使液- 固界面保持稳定的平面形态。 2、负温度梯度下的生长形态—树枝状生长--- 纯物质树枝状生长,形成枝状晶固- 液界面以树枝状方式向液相中推移。对粗糙界面, 效应显著, 对光滑界面往往不明显。相界面上的产生的结晶潜热即可通过固相也可通过液相而散失。相界面的推移不只由固相的传热速度所控制, 在这种情况下, 如果部分相界面生长凸出到前面的液相中, 则能处于温度更低(即过冷度更大的)的液相中,时凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液体中,液- 固界面就不能保持平面状而形成许多伸向液体的分支,同时这些晶枝上又可能长出二次晶枝,在二次晶枝再长出三次晶枝,这种方式既树枝生长或树枝状结晶。固溶体合金的凝固一、合金凝固的三种典型情况 1 、平衡凝固固溶体合金凝固时, 溶质在液相和由其凝固形成的固相之间发生不均匀分布