晶體的長大界面處原子遷移

1、2.1.3 晶體的長大 晶核形成以后，通過生長完成其結(jié)晶過程。 晶體生長是液相中原子不斷向晶體表面堆砌的過程， 也是固液界面不斷向液相中推移的過程。 界面處固、液兩相體積自由能的差值GV構(gòu)成了晶體生長的驅(qū)動(dòng)力， 其大小取決于界面溫度， 對合金而言還與其成分有關(guān)。2022/7/251晶體的生長主要受以下幾個(gè)彼此相關(guān)的過程所制約： 界面生長動(dòng)力學(xué)過程； 傳熱過程； 傳質(zhì)過程。 本節(jié)主要討論晶體生長的界面動(dòng)力學(xué)問題。 2022/7/252 1. 晶體生長中固液界面處的原子遷移 在晶體生長過程中，由于能量起伏，界面兩側(cè)總有一部分原子在獲得足夠能量后越過界面而進(jìn)入另一相。 因此在界面處始終存在著兩種方向

2、相反的原子遷移運(yùn)動(dòng))： 固相原子遷移到液相中的熔化反應(yīng)(m)； 液相原子遷移到固相中為凝固反應(yīng)(F)。圖2-5 固液界面處的原子遷移2022/7/253單位面積界面處的反應(yīng)速率為 ： NS、NL單位面積界面處固、液兩相的原子數(shù)，對于平界面，NSNLNfS、fL固、液兩相中每個(gè)具有足夠能量的原子跳向界面的幾率，一般fSfL=1/6 ； Am、AF一個(gè)原子到達(dá)界面后不因彈性碰撞而被彈回幾率，Am1，而AF1。 AF與原子到達(dá)晶體表面后所具有的近鄰原子數(shù)有關(guān)。晶體表面的臺階越多，遷移原子就越易于獲得較多的近鄰原子，因而它被彈回的幾率就越小，AF也就越大；vS、vL界面處固、液兩相原子的振動(dòng)頻率，可近

3、似地認(rèn)為vSvLv；Ti為界面溫度；Q一個(gè)具有平均自由能的液相原子越過界面時(shí)所需的激活自由能； GV一個(gè)液相原子與一個(gè)固相原子所具有的平均體積自由能差值2022/7/254。根據(jù)有：顯然，只有當(dāng) 時(shí)，晶體才能生長，生長速度u應(yīng)與其差值成正比 生長速度u即2022/7/255 由此可見： 1)只有當(dāng)Ti 時(shí)，才有u0， 即： 只有當(dāng)界面處于過冷狀態(tài)并使相變驅(qū)動(dòng)力足以克服熱力學(xué)能障 時(shí)晶體才能生長。 晶體生長所必需的過冷度稱動(dòng)力學(xué)過冷度， 以TKT0Ti表示。2022/7/256熱力學(xué) 取決于界面處固相一側(cè)所具有的臺階數(shù)量； 動(dòng)力學(xué) GV 取決于固、液兩相結(jié)構(gòu)上的差異以及液相原子向固相原子過渡的具體形式。 因此界面生長動(dòng)力學(xué)規(guī)律，