晶体成核,晶体生长中心的
晶核的形成,属于物理学学科,分为成核和核长大两个
阶段。
过程
相变过程中母相中的热和(或)成分涨落导致形成一些很小的新相“胚芽”,一旦某一个胚芽的尺寸超过临界值时就会稳定地长大形成一个新相核心,即晶核。成核的驱动力是系统中新相与母相之间的体自由能差,它与母相温度、过冷度、过饱和度和杂质等因素有关。
结晶成核分为均匀成核和非均匀成核两类。
均匀成核
系统中各个位置上成核的可能性相同,晶核是均匀分布的。均匀成核过程需要克服一个势垒,核心形成引起相变体系的自由能变化由体自由能差、弹性畸变能和界面能三部分组成。最初一批核心形成需要一段时间(孕育时间)并受扩散控制。系统中晶核的形成和长大是一个动态过程,成核率是一个重要的参数。
非均匀成核
实际相变系统中有许多可作为成核衬底的物质,它们使成核变得容易,成核势垒下降。晶核在异质界面上优先形成,表现为非均匀分布。成核理论的发展 为避免经典成核理论的各种假设条件,改变用各种宏观热力学参量来描述成核这一微观过程,20世纪后期计算机模拟成功地应用于成核过程研究,包括蒙特卡罗方法和分子动力学模拟方法,可直接给出不同系统中成核过程的原子堆砌、核心形态以及动力学规律。