材料科學基礎第一節(jié)晶核的形成和成長(編輯修改稿)
2025-02-16 07:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 擴散因子 N2。 在過冷度較小時，形核率主要受 N1所控制。隨過冷度增加， N1增大，形核率迅速增加；但當過冷度很大時，形核率主要受所 N2控制；隨過冷度進一部增大， N2下降，形核率也迅速降低。 上頁 下頁 對于非均勻形核 ，由于其形核功要比均勻形核小得多，因此，可以在較小的過冷度下獲得很高的形核率。由于非均勻形核主要是依附再雜質(zhì)或模壁等表面形成，因而非均勻形核的最大值取決于液態(tài)金屬中可作為基底的固態(tài)粒子的種類和數(shù)量。 上頁 下頁 返回 第二節(jié) 晶體的生長 一 .液 固界面的微觀結構 粗糙界面 ——LS原子并不完全分離，排列高高低低，粗 糙不平。 光滑界面 ——LS原子分開，排列成平整的原子平面。 圖 上頁 下頁 一、材料的熔化熵對晶體生長的影響 熔化熵是表征材料晶體生長特性的基本參數(shù)，用 ΔS?/k= 表示。式中 Δ S? =Ss–SL， k為玻爾茲曼常數(shù)， ΔH?為熔化熱， Te為理論凝固溫度。 （ 1） 2 （這種類型的界面在晶體生長時，液態(tài)原子可在界面上的任意位置轉移到固相，導致晶體的連續(xù)生長。其生長速度v=kΔT， k是個很大的比例常數(shù)。 ΔH? kTe ΔH? kTe 上頁 下頁 2） =2~厚，通常稱為光滑界面，界面上有許多臺階和扭折，液態(tài)原子只有附著于臺階和扭折上才能生長沿著臺階側向生長的方向。當原子鋪滿了這一單原子層時生長即暫時停止，等到表面再產(chǎn)生新臺階再繼續(xù)生長；但當晶體表面存在有螺型位錯便能源源不斷地提供生長臺階。 ΔH? kTe （ 3） ≈10 生長速度很慢只能靠在液固界面上不斷地二維形成才得以生長，這類材料的凝固過程，很大程度地取決于形核速度而不是生長速度。 二 .溫度對晶體生長的影響 kTe ΔH? 粗糙界面 負溫度梯度：枝晶生長 正溫度梯度：平面狀生長 上頁 下頁 光滑界面 正溫度梯度：一系列小臺階 負溫度梯度：多面體 為什么會形成這樣的形態(tài)？ 上頁 下頁 在正的溫度梯度下 ，呈平面狀生長。 （ 1）對于粗糙界面的晶體，其生長界面以垂直長大方式推進。由于前方液體溫度高，生長界面只能隨前方液體的逐漸冷卻而均勻地向前推移。整個液固相界面保持穩(wěn)定的平面狀態(tài)，不產(chǎn)生明顯的突起。界面上的溫度相同并保持不變，由于粗糙界面的推移所需要能量較小，因此，大多數(shù)金屬的動態(tài)過冷度相當小，晶體的生長界面與等溫線幾乎重合。 （ 2）對于光滑界面結構的晶體，其生長界面以小平面臺階生長方式推進。小平面臺階的擴展同樣不能伸入到前方溫度高于等溫線的液體中去，因此從宏觀看液固相界面似與等溫線平行，但小平面與等溫線呈一定角度。 在負的溫度梯度下 ，呈樹枝狀生長。 晶體生長界面一旦出現(xiàn)局部凸出生長，由于前方液體具有更大的過冷度而使其生長速度增加。在這種情況下，生長界面就不 上頁 下頁 保持平面狀而會形成許多伸向液體的結晶軸。 （ 1）對于粗糙界面結構的金屬晶體，以樹枝狀方式生長。 （ 2）對于光滑界面結構的晶體，仍以平面生長為主，某些具有小平面的樹枝狀結晶特征。 上頁 下頁 返回 第三節(jié) 固溶體合金的凝固 一、合金凝固的三種典型情況 平衡凝固 平衡分配系數(shù)： 110??????KKSLSLCCKLS或平衡時液相平衡成分平衡時固相平衡成分平衡時固溶體的成分是均勻的。 上頁 下頁 不平衡凝固 （ 1）固相內(nèi)無擴散，液相內(nèi)能達到完全均勻化，因為是不平衡凝固，所以平衡分配系數(shù)不是整個固相和液相在成分上的平衡分配，而是局部平衡，是指在界面上液固兩相必須保持一定的溶質(zhì)分配。 （ 2）固相內(nèi)無擴散，液相內(nèi)只有擴散沒有對流溶質(zhì)原子只能部分混合。 上頁 下頁 C0 曲線 1 曲線 3 曲線 3 曲線 3 曲線 1 曲線 2 圖 616 合金凝固三種情況的溶質(zhì)分部曲線比較 曲線 1——平衡凝固
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