2.5晶核长大2.5.1固液界面的微观结构从显微尺度来看，光滑界面呈参差不齐的锯齿面，界面两侧的固液两相是截然分开的；从原子尺度看，这种界面是光滑平整的。（1）光滑界面光滑界面通常为固相的密排面。由于这种界面呈曲折的锯齿状，又称为小平面界面。固相液相光滑界面微观结构第30页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.5晶核长大2.5.1固液界面的微观结构从显微尺度来看，粗糙界面是平整的；从原子尺度看，这种界面高低不平，并存在着厚度为几个原子间距的过渡层。过渡层内，液固两相原子犬牙交错分布，所以称为粗糙界面，也叫非小平面界面。（2）粗糙界面粗糙界面微观结构液相固相第31页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.5晶核长大2.5.1固液界面的微观结构从宏观上看，固液界面是静止的，从原子尺度看，固相原子不断离开界面进入液相，同时液相原子不断进入固相晶格。如果界面上有近50%的位置被固相原子所占据，则形成粗糙界面；如果界面上近于0%或100%的位置被固相原子所占据，则形成光滑界面。一般金属和某些有机物的固液界面为粗糙界面；许多有机和无机化合物的固液界面为光滑界面。第32页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.5晶核长大2.5.2晶体长大机制依靠液相中的结构起伏和能量起伏，在光滑表面上首先同时形成一个厚度为一个原子层并且尺寸大于临界晶核半径的晶核，即二维晶核。二维晶核稳定形成的条件是原子集团带来的体系自由能降低必须大于其表面能的增加。（1）二维晶核长大机制后续原子在二维晶核与光滑表面的台阶处形成并沿光滑表面铺展，形成新的光滑表面，再形成二维晶核，重复进行。这种方式的长大速度非常缓慢。光滑表面二维晶核第33页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.5晶核长大2.5.2晶体长大机制螺型位错在晶体表面露头可形成台阶。液相原子在此台阶处沿光滑表面螺旋生长，使晶体长大。如台阶各点原子沿晶体表面向前移动的线速度相等，则各点相对台阶起始点的角速度不同。（2）螺型位错长大机制台阶每横扫晶体表面一次，晶体就增厚一个原子间距。由于台阶中心回旋速度快，突出生长，形成螺钉状晶体。第34页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.5晶核长大2.5.2晶体长大机制在粗糙界面上，几乎一半位置很容易接纳液相原子，与晶体连接起来。液相原子的添加不改变界面的性质，所以液相原子可以连续地向界面垂直添加。这种长大方式称为垂直长大。由于界面各位置接纳液相原子的能力是等效的，所以在粗糙界面上的所有位置都是生长位置。（3）垂直长大机制垂直长大速度很快，大部分金属晶体以这种方式长大。第35页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.5晶核长大2.5.2晶体长大机制三种晶体长大机制的生长速度和过冷度的关系第36页，共51页，星期日，2025年，2月5日第1页，共51页，星期日，2025年，2月5日第2章纯金属的结晶金属结晶的现象；金属结晶的热力学条件；金属结晶的结构条件；晶核的形成；晶核长大。本章的主要学习内容：第2页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.1金属结晶的现象2.1.1结晶过程的宏观现象热分析方法：在液态金属冷却结晶过程中,温度与时间的变化关系曲线，从热分析曲线可以看到如下两个宏观特征：（1）过冷现象实际结晶温度T1低于理论结晶温度T0的现象。过冷度：ΔT=T0-T1金属纯度越高、冷却速度越快，过冷度越大。纯金属结晶冷却曲线示意图第3页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.1金属结晶的现象2.1.1结晶过程的宏观现象1mol物质从一个相转变为另一个相时，伴随着放出和吸收的热量称为相变潜热。金属结晶放出热量。结晶潜热补偿了散失到环境的热量，保持结晶过程体系温度不变，在冷却曲线上出现平台。结晶时间=tf-tststf结晶开始结晶结束（2）结晶潜热：第4页，共51页，星期日，2025年，2月5日2.1金属结晶的现象2.1.2金属结晶的微观过程当液态金属冷却至实际结晶温度时，晶核并未立即出生，而是经过了一定时间后才开始出现第一批晶核。结晶开始前的这段停留时间称为孕育期。随着时间的推移，已形成的晶核不断长大，与此同时，液态金属中又继续产生新的晶核。就这样，液态金属中不断形核、不断长大，使液态金属越来越少，直到各个小晶体相互接触，液态金属耗尽，结晶过程结束。第5页，共51页，星期日，202