1,2019/8/6,3.晶体的长大,晶胚变成晶核后，晶核立即开始长大; 晶体的长大主要与液/固界面的结构以及液/固界面前沿液相中的温度分布有关; 形核主要影响晶粒的大小, 晶粒长大主要影响长大的方式和组织形态.,2,2019/8/6,界面温度Ti须在熔点Tm以下，以满足（dN/dt）F＞（dN/dt）M的条件，即液/固界面向液体中移动，界面前沿液体中要有一定的过冷度(动态过冷度ΔTk)，ΔTk远小于形核时所需要的临界过冷度，一般金属ΔTk约为0.01℃~0.05℃,＞,3.1晶体长大的条件 ：动态过冷度,,3,2019/8/6,3.2 液/固界面的微观结构,粗糙界面：界面上的原子排列比较混乱，原子分布高低不平，仅在几个原子厚度的界面上，液、固两相原子各占位置的一半 宏观来看比较平直，不出现曲折的小平面，也称为非小平面界面，或称为非结晶学界面 常用的金属如Fe，Al，Cu，Ag等的结晶界面属于粗糙界面要使液固界面稳定推进，必须界面能量保持最低，即光滑界面和粗糙界面,4,2019/8/6,光滑界面：液/固界面上的原子排列比较规则，液体与固体在界面处截然分开，微观上看界面光滑 宏观上往往是由若干小平面组成，也叫小平面界面，或称为结晶学界面。
主要是无机化合物和亚金属的结晶界面，如Sb，As，Bi，Ga，Si，Ge等5,2019/8/6,3.3晶体长大的机制 --液态原子以什么方式添加到固相上？,固/液界面的微观结构不同，晶体长大的机制也不同6,2019/8/6,1）垂直长大方式,粗糙界面结构，适用于大多数金属，在几个原子厚度的界面上，从液相扩散过来的原子很容易填入空位中与晶体连接起来，使晶体连续地垂直生长 长大速度非常快，约为10-2cm/s；需要的动态过冷度很小，约0.01~0.05℃,7,2019/8/6,2）二维台阶长大方式,光滑界面结构，大部分气相生长和某些溶液生长及某些金属和半金属； 界面原子在台阶处结合比较稳定，横向生长方式向前推移，直到覆盖完整个表面； 晶体的进一步长大，必须重新形成二维晶核或台阶；需要较大的形核功，晶体成长速度很慢，ΔTk=1-2℃；,晶体的密排面上二维晶核长大 N二维晶核；S 台阶；K 弯结,8,2019/8/6,3）晶体缺陷生长机制,a：晶体内部存在的螺型位错模型，为晶体生长提供台阶源； b：晶体中孪晶的两个晶面构成一个沟槽作为台阶源，晶体成长在沟槽两边进行； c：其它缺陷生长机理：刃型位错作为台阶源； d：速度均较慢,光滑界面的螺型位错和孪晶的沟槽成长方式示意图,9,2019/8/6,3.4 纯金属长大的形态,长大形态指长大过程中液/固界面的形态，包括平面状长大和树枝状长大，主要取决于液/固界面结构的类型和界面前沿液相中温度分布特征。
10,2019/8/6,正温度梯度： 离开液固界面越远，温度越高，过冷度越小 原因：模壁附近温度最低，型腔中心温度高，结晶潜热通过固体释放到模壁固／液界面液体中的正温度梯度,1）液固界面前沿温度梯度：,,11,2019/8/6,负温度梯度 离液固界面越远，温度越低，过冷度越大 原因：在特殊情况下，结晶从型腔内开始，结晶潜热通过固体和液体释放，,固／液界面液体中的负温度梯度,,12,2019/8/6,2）温度梯度对晶体长大形态的影响,正温度梯度下的平面状长大：界面保持平直状态 即使有突出到界面之外的晶体出现，在正温度梯度下，界面前沿温度升高，突起部分会熔化消失，光滑界面和粗糙界面均如此正温度梯度纯金属凝固的界面形态 （a）光滑界面（b）粗糙界面,13,2019/8/6,负温度梯度下的界面形态： 对于粗糙界面的晶体来说，液／固界面上始终象树枝那样向液体中长大，并不断地分枝发展,界面上微小区域突起进入到过冷液体中时，过冷度增大，长大速率越来越大 本身生长时释放出结晶潜热，不利于其附近的晶体生长，只能在较远的地方形成另外一个突起,14,2019/8/6,一次轴（晶轴）：首先长出的晶枝 二次轴、三次轴…… 形成树枝状骨架，故简称为树枝晶（简称枝晶）,锑锭表面的树枝状晶,15,2019/8/6,钢的缩孔中的枝晶,缩孔的不同方向上形成的枝晶,二次晶轴垂直于一次晶轴生长,16,2019/8/6,自然界中的枝晶－雪花,17,2019/8/6,树枝状晶体长大的方向性,树枝状长大晶体特定的方向性，主要取决于晶体结构，fcc＜100＞，bcc＜100＞，hcp＜10-10＞ 因为能量最低的密排晶面露在表面，fcc中开始形成的晶核为 {111}八面体，显示出＜100＞方向的六个尖端，尖端处的过冷度较大，即为晶体的优先成长方向。