晶体生长方式讲课稿.ppt

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1、晶体生长方式因此，液体中的原子可以在整个界面上连续沉积，促使界面便连续、均匀地垂直生长。4-3-1粗糙界面的生长沉积到界面上的原子受到前方和侧面固态原子的作用较大，结合牢固、不易反弹或脱落。连续生长、垂直生长或正常生长生长过程：随风潜入夜、润物细无声生长方式：雨打沙滩生长形态：沙堆原子尺度光滑界面其单个原子与晶面的结合较弱，容易脱离界面，液相中的原子要在完整晶面上直接堆砌很困难。由于缺少现成的台阶作为接纳新原子的角落，堆砌上去的原子也很不稳定，极易脱落或弹回。因此不可能像粗糙界面那样借助于连续生长机制进行生长。4-3-2光滑界面

2、的生长界面的推移具有不连续性，并且有横向生长的特点。侧向生长、沿面生长或层状生长。能量起伏首先在界面上形成单原子厚度的二维晶核然后利用其周围台阶沿着界面横向扩展，直到长满一层后，界面就向液相前进了一个晶面间距。这时，又必须利用二维形核产生新台阶，才能开始新一层的生长，周而复始地进行。粗糙界面的连续长大速度为（Turnbull）式中μ1是连续长大系数。一般μ1≈1～100cm/(s•K)，因此在很小的过冷度下就可以获得极高的生长速度。实际铸锭凝固时的晶体生长速度约为10-2cm/s，由此推算出的动力学过冷度ΔTK≈10-2～10-

3、4K，小到无法测量的程度。动力学过冷度是晶体生长的必要条件近期研究：其它过冷度大于ΔTk时，用实际过冷度代替生长过程：大珠小珠落玉盘生长方式：突击队员生长形态：楼梯层生长理论（Kossel1927）晶体在理想情况下生长时，先长一条行列，然后长相邻的行列；在长满一层面网后，再开始长第二层面网；晶面（最外面的面网）是平行向外推移而生长的。二维形核特点二维形核的热力学能障较高；由于界面的突变性质，其动力学能障比较大，生长比较困难。因此过程需要较大的动力学过冷来驱动，生长速度也比连续生长低。定量：界面生长速度R与动力学过冷度ΔTK的关系

4、？其中μ2，b—为动力学常数；ΔTK—动力学过冷度。当ΔTK低于某临界值时，R几乎为零；一旦超过该值，R急剧地大。此临界值约为1～2K，比连续生长所需的过冷度约大两个数量级。由于二维晶核各生长表面在长大过程中始终保持平整，最后形成的晶体是以许多小平面为生长表面的多面体。粗糙的外表面这种晶体棱角分明,称为多面体晶体，其生长方式称为小平面生长。以粗糙界面长大形成表面光滑的晶体则称为非多面体晶体。4-3-3非完整界面的生长――从缺陷处生长利用晶体缺陷实际结晶时，晶体生长表面上往往难以避免因原子错排而造成缺陷，例如螺型位错与孪晶。这些缺

5、陷为晶体生长(原子堆砌)提供现成的台阶，从而避免了二维晶核生长的必要性。如铸铁中的石墨和铝合金中的硅，就是利用晶体本身缺陷实现生长的典型例子。光滑界面生长困难－－晶体怎么偷懒？螺旋位错生长机制(a)螺旋位错及生长台阶(b)螺旋线的形成①螺旋位错生长机制在光滑界面上一旦发生螺旋位错时，界面就由平面变成螺旋面，并产生与界面垂直的壁而构成台阶。因此，通过原子在台阶上的不断堆砌，围绕着壁而旋转生长，不断地向着液相纵深发展，最终在晶体表面形成螺旋形的螺线。由于台阶在生长过程中不会消失，所以生长可以一圈接一圈地连续进行，其生长所需的动力学过

6、冷度比二维形核小得多，生长速率也较大。生长速率R与动力学过冷度ΔTK之间为抛物线关系，即式中的动力学系数μ3≈10-2～10-4cm／(s，K)。螺型位错对铸铁中石墨结晶形态有重要影响。铸铁中的石墨属于小平面相，它的形态取决于各个晶向的生长速率的差别：当R<0001>小于R<1010>时，就会形成由{0001｝面所包围的片状石墨；如果R<1010>小于R<0001>时，则将形成六棱柱状，并趋向于径向生长，其显微形状呈球形，因此称为球墨铸铁。旋转孪晶和反射孪晶的面缺陷提供的台阶，也不会在晶体生长过程中消失。旋转孪晶对片状石墨的生长

7、有重要作用。石墨晶体具有以六角形晶格为基面的层状结构，基面之间的结合较弱。在结晶过程中原子排列层错使上下层之间旋转产生一定的角度，如图所示。在旋转边界周围提供若干生长位置，使石墨晶体沿着侧面〈100〉方向很快长大成为片状。②通过孪晶生长的机制－－石墨的旋转孪晶及其生长台阶由反射孪晶的两个(l11)面构成的凹角也是可供晶体生长的台阶源,原子可以直接向凹角沟槽的根部堆砌，当生长沿着孪晶面横向进行时，凹角不会消失，从而保证了连续生长。这种生长机制对Al－Si合金中Si的结晶有重要作用。－－面心立方晶体反射孪晶及其凹角边界（1）二维晶核

8、机制：台阶在界面铺满后即消失，要进一步长大仍须再产生二维晶核；(间断式生长)（2）螺旋位错机制：这种螺旋位错台阶在生长过程中不会消失；（3）孪晶面机制：长大过程中沟槽可保持下去，长大不断地进行。对于依赖缺陷生长，请给出形象的比喻生长过程：绕树三匝，鹊鸟可依曹操