1、垂直长大方式(连续长大): 对于理想的粗糙界面,为了维持晶体在生长过程中界面处于稳定状态,液相原子将随机地垂 直进入L/S界面,使晶体连续地垂直界面生长。
2、横向长大方式:对于光滑界面结构:为了维持晶体在长大过程中,平面界面结构不至于破坏,需以二维晶核和螺型位错长大机制。对于二维晶核长大,首先需要在光滑的二维平面上形核,然后核心横扫长大。形核是整个过程的控制环节,需一定过冷度。因此,长大速度直接取决于形核速度。 对于螺型位错长大,主要取决于螺位错数目,它与△Tk成正比。
四、晶体长大的形态。晶体长大的形态一方面决定于L/S界面结构,另一方面还受L/S界面前沿液相一侧温度梯度的影响。 2、dT/dx>0时晶体生长形态。①粗糙界面 :L/S界面向前推移,若有偶然的凸出,其前沿△Tk下降,G↓,其余部分将赶上来,凸出部分消失。界面将垂直于散热方向平面推移。②光滑界面:光滑界面材料,有严格保持晶体学特征的倾向,由于密排面能量最低,L/S界面将尽量保持密排面。当密排面与散热方向不垂直时,将以锯齿状界面向前推移。
3、dT/dx<0时的晶体生长形态。在负的温度梯度下,L/S界面一旦有偶然的凸起,其前沿△Tk↑,G↑,结果形成伸向液体的结晶轴,其上还可生成二次、三次晶轴。— 树枝晶
4.7 凝固动力学及晶粒大小的控制。一、金属凝固动力学:液体金属过冷至Tm以下,经孕育期后,结晶开始,速度逐渐增大,到50﹪时达最大值,然后减缓。提高过冷度,可以使整个过程加快。 二、晶粒大小的控制。在一般凝固条件下,提高△T,可使晶粒细化。
三、细化晶粒的途径:① 提高过冷度。② 加入有效形核剂,作为非均匀形核的核心。③ 用机械、电磁或超声波振动,使晶核破碎成多个核心。④ 合金化,降低L/S界面能,提高N,阻碍原子远程扩散,降低G。
3、应用实例:①单晶制备:利用形核需较大过冷度,控制形核(超纯、小过冷度)。a.尖端形核法。b.直拉法 c.区熔法 定向凝固:生产单一方向柱状晶零件,如蜗轮叶片,受力好。②非晶态合金:(金属玻璃),高速凝固,将液态金属结构强制固定到室温。a.电铸法:从溶液中沉积。如非晶态镍。b.离心急冷法:液态金属连续喷射到高速旋转的冷却圆筒内壁。c.轧制急冷法:微晶态合金:— 喷雾急冷制粉 + 冷热挤压成型。制备超细晶粒的合金,μm或nm级,具有高强、高硬、超塑性。