晶核的长大.doc

第六讲 晶核的长大第五节 晶核长大一、主要内容：液固界面的微观结构晶体的长大机制液固界面前沿液体中的温度梯度晶体生长的界面形状－晶体形态长大速度晶粒大小的控制二、要点：液固界面的微观结构，光滑界面，粗糙界面的概念，杰克逊因子，不同金属结晶时的液固界面，晶体的长大机制，二维晶核长大机制，螺型位错长大机制，垂直长大机制，液固界面前沿液体中的温度梯度，正温度梯度，负温度梯度晶体生长的界面形状，晶体形态，树枝晶，等轴晶，长大速度，晶粒大小的控制三、方法说明：通过对液固界面的微观结构的讨论，说明金属型界面和非金属型界面的不同，结晶后的晶界相界的形态也不同，即晶粒的形状不同，晶粒的形状和大小对金属的性能有直接影响液相中的温度梯度对金属的生长速度和生长方式有直接的影响，通过以上的讨论使学生对如何判断金属中的相，和如何得到所需的晶粒大小和形状有一个清楚的认识授课内容：形核之后，晶体长大，其涉及到长大的形态，长大方式和长大速率长大形态常反映出凝固后晶体的性质，而长大方式决定了长大速率，也就是决定结晶动力学的重要因素晶核长大的条件：第一要求液相能不断的向晶体扩散供应原子，第二要求晶体表面能够不断的牢固的接纳这些原子。

晶核长大需要在过冷的液体中进行，但是需要的过冷度要比形核时的小一、固液界面的微观结构液固界面的微观结构分为两类：光滑界面和粗糙界面1、 光滑界面：如图，在界面的上部，所有原子都处于液体状态，在界面的下部所有的原子都处于固体状态这种界面通常为固相的密排面，呈曲折的锯齿状又称为小平面界面2、 粗糙界面：如图，从微观尺寸看这种界面是平整的，当从原子的尺度看这种界面是高低不平的，液固界面的原子犬牙交错的分布着，所以又叫非小平面界面3、 如果界面上有近 0％或 100％的位置为晶体原子所占有，则界面是光滑界面界面自由能的变化可用公式表示：二、晶体长大机制1、 二维晶核长大机制光滑界面时晶体的长大只能依靠二维形核机制方式长大2、 螺型位错长大机制晶体长大时，难免形成缺陷实际上，具有光滑界面的晶体是以这种方式长大的，比二维机制方式长大快得多3、 垂直长大机制垂直长大速度很快，大部分金属晶体均以这种方式长大三、固液界面前沿液体中的温度梯度1、 正温度梯度：是指液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状况2、 负温度梯度：是指液相中的温度随至界面举例的增加而降低的温度分布状况，四、晶体生长的界面形状－晶体形态晶体的形态问题是一个十分复杂而未能彻底解决的问题。

1、 在正的温度梯度下生长的界面形态：光滑界面结晶的晶体，若无其它因素干扰，大多可以成长为以密排晶面为表面的晶体，具有规则的几何外形粗糙界面结构的晶体，在正的温度梯度下成长时，其界面为平行于熔点等温面的平直界面，与散热方向垂直，从而使之具有平面状的长大形态，可将这种长大方式叫做平面长大方式2、 在负的温度梯度下生长的界面形态粗糙界面的晶体在负的温度梯度下生长成树枝晶体主干叫一次晶轴或一次晶枝其它的叫二次晶或三次晶对于光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时，如果杰克逊因子 α 不太大时可能生长为树枝晶，如果杰克逊因子 α 很大时，即使在负的温度梯度下，仍有可能形成规则形状的晶体五、长大速度晶体长大的要点：1、 具有粗糙界面的金属，其长大机理为垂直长大，长大速度快，所需过冷度小2、 具有光滑界面的金属化合物，亚金属或非金属等，其长大机理可能有两种方式，其一是二维晶核长大方式，其二是螺型位错长大方式，它们的长大速度都很慢，所需过冷度较大3、 晶体成长的界面形态与界面前沿的温度梯度和界面的微观结构有关，在正的温度梯度下长大时，光滑界面的一些小晶面互成一定的角度，呈锯齿状，粗糙界面的形态为平面界面呈平面长大方式。

在负的温度梯度下长大时，一般金属和亚金属的界面都呈树枝状，只有那些 α 值较高的物质仍保持着光滑界面形态六、晶粒大小的控制晶粒的大小叫晶粒度在常温下晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性和韧性也越好生产上控制晶粒度的大小，常采用以下几种方法：1、 控制过冷度在一般金属结晶时的过冷度范围内，过冷度越大，晶粒越细小2、 变质处理变质处理是在浇注前往液态金属中加入形核剂（又称变质剂） ，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒3、 振动、搅拌将凝固着的金属进行振动或搅拌，一方面是靠从外部输入能量促进进和提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加，这已成为一种有效的细化晶粒组织的重要手段第六节 金属铸锭的组织与缺陷一、内容：铸锭三晶区的形成铸锭组织的控制铸锭缺陷二、说明：通过上几节课的学习，对实际金属铸锭的结晶过程及组织特点进行分析说明，对以上学到的知识起到一个巩固的作用授课内容：一、铸锭三晶区的形成二、铸锭组织的控制三、铸锭缺陷作业：1、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系2、今欲获得全部为细等轴晶粒的铸件，你知道有哪些方法？并请说出各种方法的基本原理。