【正文】 e Rate of nucleation (l) as a function of temperature of the liquid (T)28o Grain refinement The addition of heterogeneous nuclei in a controlled manner to increase the number of grains in a casting.o Dispersion strengthening Increase in strength of a metallic material by generating resistance to dislocation motion by the introduction of small clusters of a second material.o Solidstate phase transformation A change in phase that occurs in the solid state.o Rapid solidification processing Producing unique material structures by promoting unusually high cooling rates during solidification.Applications of Controlled Nucleation29 （ Critical nucleation power）能夠形成臨界晶核所需要的最小自由能增量 —— 形核功 ΔGc。所以不能認(rèn)為體積自由能必須等于表面能時(shí)才會(huì)形核。為避免雜質(zhì)的影響，通過(guò)分散滴液法實(shí)驗(yàn)，把＜ 50μm 的金屬液體滴入玻璃或油狀液體中，就可觀察其結(jié)晶的過(guò)程，測(cè)出過(guò)冷度。p形核率可用下式表示： N=N1N2式中 N1 為受形核功影響的形核率因子， N2受原子擴(kuò)散能力影響的形核率因子。 均勻形核32但在實(shí)際的結(jié)晶條件下，對(duì)于純金屬，在到達(dá)一定的過(guò)冷度之前，液態(tài)金屬中基本上不形核，一旦溫度降至某一溫度時(shí)，形核率急劇增加，一般將這一溫度稱為 有效成核溫度 。 ，ΔG*=1/2ΔG ，非均勻晶核是半球形。 非均勻形核362. 基底固體雜質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響要減小 θ以利于形核，就要降低 σSB 。此外，基底熔點(diǎn)應(yīng)該高于金屬晶體。 非均勻形核373. 基底固體雜質(zhì)形貌的影響在不同基底上，同樣 rc 和 θ 的不同晶核形狀。當(dāng)過(guò)熱度不大時(shí)，可能不使現(xiàn)成質(zhì)點(diǎn)的表面狀態(tài)有所改變，這對(duì)非均勻形核沒(méi)有影響。p從 顯微尺度 來(lái)看，光滑界面呈參差不齊的鋸齒狀，為小平面界面。在此固液界面上，存在著厚度為幾個(gè)原子間距的過(guò)渡層。典型的 金屬 結(jié)晶時(shí)，固相表面多是如此。晶體的長(zhǎng)大，依靠液相中單個(gè)原子向表面空位填充附著的方式進(jìn)行。這種長(zhǎng)大方式稱為 垂直長(zhǎng)大 。此時(shí)，可以通過(guò)能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏，形成一個(gè)由單層原子構(gòu)成的平面原子集團(tuán)，以減少對(duì)界面能的增加。由于在相同的長(zhǎng)大線速度下，靠近位錯(cuò)處的臺(tái)階長(zhǎng)大的角速度較大，于是臺(tái)階逐漸彎曲、變長(zhǎng)，直至變成螺旋型而穩(wěn)定上升。p隨著 ΔT的增大， G先增大而后減小。 晶體的長(zhǎng)大機(jī)理45形核后的晶體長(zhǎng)大方式及其形貌，是決定晶體最終組織的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它取決于晶體的表面結(jié)構(gòu)，同時(shí)與凝固前沿的熱力學(xué)條件有很大關(guān)系。首先要將比熱排除，這可以通過(guò)輻射到周圍環(huán)境或者傳熱給鑄型，直到液體冷卻到其結(jié)晶溫度。熔化潛熱散熱方式將決定材料的長(zhǎng)大方式和鑄件的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然在整體外形上還是平行于等溫面。晶核長(zhǎng)大時(shí)所放出的結(jié)晶潛熱，使界面的溫度很快升高到接近金屬熔點(diǎn) Tm的溫度，隨后放出的結(jié)晶潛熱就主要由已結(jié)晶的固相流向周圍的液體，于是在固液界面前沿的液體中就會(huì)建立起負(fù)的溫度梯度。最后剩余的液相按平面長(zhǎng)大方式凝固。 HCP結(jié)構(gòu)的枝晶平行于 晶向。由于金相樣品的磨面多與很多二次枝晶相交，因而在金相樣品中看不到完整的樹枝，只看到一串串由許多橢圓組成的截面形象。其比例： 式中， c是液體的比熱。如果液體形核條件很好，過(guò)冷度幾乎為零。對(duì)于光滑度大的晶體來(lái)說(shuō)，即使在負(fù)的溫度梯度下，仍有可能長(zhǎng)成規(guī)則形狀的晶體。三條棱線或者六條棱（ d） [001]籽晶。二條棱線53晶體生長(zhǎng)的速率取決于冷速或者散熱速度。它表明在相同條件下，體積小、表面積較大的的鑄件冷卻速度更快。凝固速度越快，二次枝晶臂間距越小。雖然這個(gè)冷卻速度還不足以產(chǎn)生金屬玻璃，但是可以得到很細(xì)的枝晶組織。o用單位體積中的晶粒數(shù) Zv（ 1/mm3），或單位截面上的晶粒數(shù) Zs (l/mm2）表示。但形核率增加得快，故 N/G的值隨 ΔT而增大。這種強(qiáng)化方式稱為細(xì)晶強(qiáng)化。 晶粒度對(duì)金屬性能的影響631． 控制過(guò)冷度 （適用于小型或薄壁的鑄件）在一般金屬結(jié)晶時(shí)的過(guò)冷度范圍內(nèi)，過(guò)冷度越大，則比值N/G越大，因而晶粒越細(xì)小。這樣做一方面可使鑄型溫度不至升高太快，另一方面由于延長(zhǎng)了凝固時(shí)間，晶核形成的數(shù)目增多，結(jié)果即可獲得細(xì)小的晶粒。如向鋼中加入 Ti,Zr,B,Al，在鋁中加入 TiC, VC, WC, MoC 等，它們可以作為非均勻形核的基底，增大形核率而細(xì)化晶粒。特別是促進(jìn)由型壁形成的晶體脫落游離，促進(jìn)枝晶的對(duì)流和破斷繁殖，從而達(dá)到增加晶核，細(xì)化晶粒的作用。o在非晶玻璃中控制形核可以用于制造被稱為 量子點(diǎn)（quantum dots） 的半導(dǎo)體納米晶材料。 其它控制形核的應(yīng)用662. 玻璃陶瓷（微晶玻璃） glassceramicso 它是指一種以非晶態(tài)玻璃開始，以晶體陶瓷結(jié)束的具有超細(xì)晶粒的工程材料。含有 Li2OSiO2Al2O3,MgO Al2O3SiO2和 BaOSiO2 Al2O3特定成分的玻璃可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)用的玻璃陶瓷。Section Cast Structure 鑄錠組織68Development of the ingot structure of a casting during solidification: (a) Nucleation begins, (b) the chill zone forms, (c) preferred growth produces the columnar zone3, and (d) additional nucleation creates the equiaxed zone鑄錠的組織的形成過(guò)程(a) 形核開始 , (b) 急冷區(qū)形成 (c) 柱狀晶粒區(qū)形成 (d) 中心等軸晶粒區(qū)形核692. 柱狀晶區(qū) (Columnar zone)形成原因：p對(duì)液態(tài)金屬的冷卻作用減緩。p當(dāng)柱狀晶較發(fā)達(dá)時(shí)，將使鑄件在性能上呈現(xiàn)方向性。p殘留的液態(tài)金屬中同時(shí)出現(xiàn)晶核而進(jìn)行結(jié)晶。p一般高熔點(diǎn)的鋼鐵材料希望得到更多的等軸晶。o液體金屬中有難熔雜質(zhì)的存在。 鑄錠組織的控制74（ directional solidificationDS）p渦輪葉片鑄件是用 Ti,Co,Ni基高溫合金采用精密熔模鑄造法制造出來(lái)的。p采用 單晶（ single crystalSC） 制備技術(shù)可以獲得更好的性能。晶界和其它缺陷影響了電學(xué)、光學(xué)性能。p布里奇曼 (Bridgman)法和切克勞斯基 (Czochralski)法是制造 Si， GaAs， LiNbO3等單晶材料最為常用的方法。、單晶生長(zhǎng)和外延生長(zhǎng)77Figure (a) Silicon single crystal, (b) silicon wafer, and (c) Bridgman technique. 783. 外延生長(zhǎng)（ Epitaxial Growth）p控制沉積多晶材料的織構(gòu)或者晶體學(xué)位向。p薄膜和基體材料相同的外延生長(zhǎng)叫 同質(zhì)外延 或 均相外延(Homoepitaxy)。外延生長(zhǎng)不一定一定要用凝固。 二月 21二月 21Monday, February 01, 2023o 雨中黃葉 樹 ，燈下白 頭 人。 二月 21二月 2104:46:2604:46:26February 01, 2023o 1他 鄉(xiāng) 生白 發(fā) ，舊國(guó) 見 青山。 2023/2/1 4:46:2604:46:2601 February 2023o 1做前，能 夠環(huán)視 四周；做 時(shí) ，你只能或者最好沿著以腳 為 起點(diǎn)的射 線 向前。 二月 2104:46:2604:46Feb2101Feb21o 1世 間 成事，不求其 絕對(duì)圓滿 ，留一份不足，可得無(wú)限完美。 。 二月 21二月 21Monday, February 01, 2023o 閱讀 一切好 書 如同和 過(guò) 去最杰出的人 談話 。 勝 人者有力，自 勝 者 強(qiáng) 。 2023/2/1 4:46:2604:46:2601 February 2023o 1一個(gè)人即使已登上 頂 峰，也仍要自 強(qiáng) 不息。 01 二月 20234:46:26 上午 04:46:26二月 21o 1最具挑 戰(zhàn) 性的挑 戰(zhàn) 莫 過(guò) 于提