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晶体生长原理(晶粒的形成过程)

晶体生长原理(晶粒的形成过程) 晶体的生长过程

晶体生长的一般过程是形成晶核,然后长大。一般来说,晶体从液相或气相生长有三个阶段:1。介质过饱和过冷;2.成核阶段;3.成长阶段。

关于晶体生长有两种理论:层状生长理论和螺旋生长理论。当晶体生长不受任何外界因素影响时,晶体会生长成理想晶体,其内部结构严格遵守空之间的晶格规则,其外观应是表面平整、边缘平直的正几何多面体,同一单形的晶面以相同的形状长大。实际上,在晶体生长过程中,真正理想的晶体生长条件是不存在的,它们总是不同程度地受到复杂的外界条件的影响,因而不能严格按照理想的情况发展。另外,晶体形成后,也受到腐蚀破坏。最终,实际晶体存在于自然界中,其内部结构并不是严格按照空之间的晶格规则形成的均匀整体。真正的单晶本质上是由许多单个的理想均匀块体组成的,它们之间并不是严格平行的,从而形成了“镶嵌结构”。在实际的晶体结构中,会存在空位、位错等各种结构缺陷。有时会有一些颗粒替代和各种夹杂物。

第一,层生长理论

层生长理论认为,当一层原子平面生长在光滑的晶核表面时,粒子进入界面上晶格“座位”的最佳位置是有三个凹角的位置。在这个位置,粒子与晶核结合成键,释放的能量最大。因为当每一个来自环境相的新粒子在环境相与新相界面的晶格上就位时,最有可能结合的位置就是能量最强的位置,也就是说,当它被结合时,它应该是键数最多、能量释放最大的位置。因此,晶体在理想情况下生长时,先生长一行,再生长相邻的行。一级网络满了之后,开始增长二级网络。晶面平行向外生长。

第二,螺旋增长理论

晶体生长界面上螺位错露头点的凹角和螺生长理论延伸形成的双面凹角可以作为晶体生长的台阶源,促进在光滑界面上的生长。这就解释了层生长理论无法解释的现象,即晶体可以在非常低的温度过饱和下生长的实际现象。位错的出现在晶体界面提供了一个永远不会消失的台阶源。晶体会围绕螺位错的露头点旋转生长。螺旋台阶并没有随着原子面网一层一层的生长而消失,这样螺旋生长还在继续。螺旋生长与分层生长的区别在于台阶不是直线前进并以相同的速度扫过晶面,而是绕螺旋位错轴螺旋前进。随着晶体的不断生长,在晶面上形成各种螺旋图案,这些图案可以提供有关生长条件的信息。

 
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