晶核的形成和成長

晶核的形成和成長第1頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一第2頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一第3頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一也就是說,非均勻形核的形核功與均勻形核的形核功之間只相差一個形狀因子S(θ).0≤S(θ)≤1.

當(dāng)θ=0時,S(θ)=0,

=0,說明外來質(zhì)點表面是現(xiàn)成的晶核的晶面,新相可在此表面上自由生長;當(dāng)θ=10°時,S(θ)=10-4,非均勻形核的臨界形核功較之均勻形核微不足道;當(dāng)θ=30°時,S(θ)=0.02,非均勻形核的臨界形核功較之均勻形核仍然很小;當(dāng)θ=90°時,S(θ)=0.5;當(dāng)θ=180°時,S(θ)=1,非均勻形核與均勻形核的形核功相同,說明外來質(zhì)點沒有促進形核的作用,非均勻形核不能進行.第4頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一第5頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一

襯底形狀對非均勻形核的影響在相同的物質(zhì)襯底上,具有相同的曲率半徑和潤濕角,由于三個襯底形狀不同,所形成的晶核包含的原子數(shù)不一樣.可見促進非均勻形核的能力隨界面曲率的方向和大小的不同而異.

形核能力依次為:

凹界面襯底>平面襯底>凸界面襯底

另外,對凹界面襯底而言,促進非均勻形核的能力,隨界面曲率增大而增大;對凸界面而言,則隨界面曲率的增大而減小.第6頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一非均勻形核的晶核形成功的大小主要取決于S(θ),而起決定作用的是球冠晶胚與異質(zhì)固相襯底之間潤濕角θ的大小,θ越小越有利,由于θ的確定很困難,所以固體質(zhì)點能否作為新相襯底,一般遵循以下兩個規(guī)律:(1)固體質(zhì)點的原子與新相質(zhì)點的原子之間具有較大的結(jié)合力,或者鍵能較強;(2)質(zhì)點可作為襯底的表面的原子排列規(guī)律和間距與新相相近,即接近界面共格對應(yīng)原則.一般認為要接近共格原則,對于金屬晶體與襯底對應(yīng)界面上原子間距差不能超過9%,其中,d為新相表面的原子間距由公式可知第7頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一均勻形核與非均勻形核的聯(lián)系與區(qū)別:(1)兩者在熱力學(xué)處理方法上是相同的,能量起伏和相起伏是均勻形核的必要條件,也是非均勻形核的必要條件;熔體的過冷度△T,對兩種形核方式都是驅(qū)動力;第8頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)晶核長大一.液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)粗糙界面——L-S原子并不完全分離，排列高高低低，粗糙不平。光滑界面：L-S原子分開，排列成平整的原子平面。第10頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一二.晶核的長大方式垂直長大方式二維晶核長大方式(平整界面長大方式)晶體缺陷生長方式第11頁，共12頁，2023年，2月20日，星期一三.溫度梯