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固液界面原子迁移的动力学过程

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:图8-13固—液界面自由能示意图固—液界面上,由于能量起伏,固体和液体中的原子都在进行激烈的热运动。无论在熔化或凝固时,界面上始终存在上述两种相反方向的原子迁移过程。因此,为使晶体不断生长,必须在界面处有一定的过冷度,此过冷度ΔT K称为动力学过冷度。换言之,ΔT K是在界面处实现从液体到固体的净原子输送所必需的。

固液界面原子迁移的动力学过程

图8-13 固—液界面自由能示意图

固—液界面上,由于能量起伏,固体和液体中的原子都在进行激烈的热运动。界面上液体中的原子如具有大于激活能Q F(见图8-13)的能量,便能进行跳跃,其中一部分则越过界面而跳到固体表面,这些原子中的一些如能在固体表面定居下来,便产生部分液体的凝固;界面上固体中的原子如具有大于激活能Q M(见图8-13)的能量而又向液体方向跳跃者,便能跃过界面而跳到液体表面,如能在液体表面定居下来,便产生固体的局部熔化。无论在熔化或凝固时,界面上始终存在上述两种相反方向的原子迁移过程。

单位面积上这两个过程的速度分别为凝固速度(d n/dτ)F和熔化速度(d n/dτ)M,如图8-14所示。(www.xing528.com)

由图8-14可知,若界面温度T i等于熔点T m,则(d n/dτ)F=(d n/dτ)M,即界面处原子的交换处于动平衡,因而晶体不能长大。若要晶体生长则界面温度必须低于熔点,以满足(d n/dτ)F>(d n/dτ)M这一条件。因此,为使晶体不断生长,必须在界面处有一定的过冷度(ΔT K=T m-T i),此过冷度ΔT K称为动力学过冷度。换言之,ΔT K是在界面处实现从液体到固体的净原子输送所必需的。

图8-14 温度对熔化速度(d n/dτ)M和凝固速度(d n/dτ)F的影响

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