CrystalGrowth界面微观结构..pptVIP

弯曲液面的力平衡条件 弯曲液面的力平衡条件 弯曲液面的力平衡条件 弯曲液面的力平衡条件 弯曲液面的力平衡条件 弯曲液面的力平衡条件 毛细现象 弯曲液面的力平衡条件 弯曲液面的力平衡条件 弯曲液面的饱和蒸汽压的变化 弯曲液面的饱和蒸汽压的变化 弯曲液面的饱和蒸汽压的变化 弯曲液面的饱和蒸汽压的变化 弯曲液面的饱和蒸汽压的变化 新相难于生成 1 界面的平衡形态 二、固-液界面的微观结构 粗糙界面：界面固相一侧的点阵位置只有约50%被固相原子所占据，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面结构。 粗糙界面也称“非小晶面”或“非小平面”。 光滑界面：界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。 光滑界面也称“小晶面”或“小平面”。 粗糙界面与光滑界面是在原子尺度上的界面差别，注意要与凝固过程中固－液界面形态差别相区别，后者尺度在μm 数量级。 晶体的平衡形状 奇异面： 界面结构类型的判据 ? 被称为Jackson因子， ? ≤2的物质，凝固时固-液界面为粗糙面，因为x=0.5（晶体表面有一半空缺位置）时有一个极小值，即自由能最低。大部分金属属此类； 界面结构与熔融熵 熔融熵越小，越容易成为粗糙界面。 因此固-液微观界面究竟是粗糙面还是光滑面主要取决于 合金系统的热力学性质。 界面结构与晶面族 根据 当固相表面为密排晶面时， 值高，如面心立方的（111）面， 对于非密排晶面， 值低，如面心立方的（001）面， 。 值越低， ?值越小。这说明非密排晶面作为晶体表面（液-固界面）时，容易成为粗糙界面。 界面结构与冷却速度及浓度 过冷度大时，生长速度快，界面的原子层数较多，容易形成粗糙面结构。小晶面界面，过冷度ΔT增大到一定程度时，可能转变为非小晶面。过冷度对不同物质存在不同的临界值， ? 越大的物质，变为粗糙 面的临界过冷度也就越大。 如：白磷在低长大速度时（小过冷度ΔT）为小晶面界面，在长大速度增大到一定时，却转变为非小晶面。 合金的浓度有时也影响固-液界面的性质。 界面的生长机理和生长速度 上述固-液界面的性质（粗糙面还是光滑面），决定了晶体长大方式的差异。 1、连续长大 粗糙面的界面结构，许多位置均可为原子着落，液相扩散来的原子很容易被接纳与晶体连接起来。由于前面讨论的热力学因素，生长过程中仍可维持粗糙面的界面结构。只要原子沉积供应不成问题，可以不断地进行“连续长大”。 其生长方向为界面的法线方向，即垂直于界面生长。 2、台阶方式长大（侧面长大） 光滑界面在原子尺度界面是光滑的，单个原子与晶面的结合较弱，容易脱离。只有依靠在界面上出现台阶，然后从液相扩散来的原子沉积在台阶边缘，依靠台阶向侧面长大。故又称“侧面长大”。 “侧面长大” 方式的三种机制 晶体长大速度 1、连续长大 2、二维晶核台阶长大 3、螺旋位错台阶长大 四、晶体的生长方向和生长表面 (4) 键合力（键合力反比于立方体中心距离的平方） 第一近邻 ? 1/b 第二近邻 ? 1/(2b) 第三近邻 ? 1/(3b) 其中，b为立方体的边长。 (5) A+B－表面上的添加A+ A+将与第一近邻B能量按1／b比例增加； 与第二近邻A＋原子将按(－)n／2b比例排斥，n是第二近邻的数目； 与第三近邻B－原子，按m／3b成比例吸引，m为第三近邻的数目。 如果不考虑远于第三近邻原子的作用，它所释放出的能量为： 式中?为比例常数。 原子(3)、(4)和(5): 原子(3)或(5)上添加原子要比在原于(4)上添加有利。 比表面能： 晶体表面单位面积的表面能 晶体的平衡形状 界面能极图 从原点O作出所有可能存在的晶面的法线，取每一法线的长度比例于该晶面的界面能的大小，这一直线族的端点的集合表示界面能关于晶面取向的关系。 具有立方对称性的界面能极图 具有立方对称性的界面能极图 晶体的平衡形状 在界面能极图的能量曲面上每一点作出垂直于该点矢径的平面，这些平面所包围的最小体积相似于晶体的平衡形状。 晶体的平衡形状在几何上相似于界面能极图中体积为最小的内接多面体。 吉布斯将平衡形态理论的适用范围局限于尺寸非常微小的晶体 晶体的形态决定于晶体生长的动力学过程 多面体关于平衡形状的任何偏离，都会引起系统吉布斯自由能的增加，因此存在使晶体恢复到平衡形状的相变驱动力 对于尺寸大于微米的晶体，由