晶核的形成和长大

晶体生长原理和过程晶体是由原子、离子或分子按照一定的几何排列方式组成的固体。

晶体生长是指在一定条件下，晶体中的原子、离子或分子按照一定的几何排列方式组成新的晶体。

晶体生长是一种自组织过程，具有自我组织、自我修复和自我调节的特点。

晶体生长的原理晶体生长的过程中，原子、离子或分子在固体、液体或气态中，通过一系列物理和化学反应，形成了具有一定晶体结构的固体。

晶体生长的原理主要包括两个方面：晶体核心形成和晶体生长。

晶体核心形成是晶体生长的起始阶段，这个阶段的关键在于形成一个具有一定晶体结构的小晶核。

晶体核心形成需要满足一定的条件，包括适当的过饱和度、适当的温度和适当的晶体结构。

一般情况下，晶体核心形成的过程是一个动态平衡的过程，需要克服一定的激活能才能实现。

晶体核心形成之后，晶体生长就开始了。

晶体生长是指晶体核心周围的原子、离子或分子按照一定的几何排列方式组成新的晶体。

晶体生长的过程是一个动态平衡的过程，需要克服一定的表面能和激活能才能实现。

晶体生长的过程晶体生长的过程主要包括三个阶段：弥散阶段、吸附阶段和扩散阶段。

弥散阶段是指原子、离子或分子从溶液中弥散到晶体表面的过程，也是晶体生长的起始阶段。

在弥散阶段中，原子、离子或分子在溶液中做无规则的热运动，当它们遇到晶体表面时，由于表面能的存在，它们会被吸附在晶体表面上，形成一个具有一定晶体结构的小晶核。

吸附阶段是指原子、离子或分子在晶体表面上的吸附和排列的过程。

在吸附阶段中，原子、离子或分子在晶体表面上做定向的热运动，当它们逐渐排列成一个具有一定晶体结构的小团簇时，晶体生长就开始了。

扩散阶段是指晶体核心周围的原子、离子或分子在晶体表面上的扩散和排列的过程。

在扩散阶段中，原子、离子或分子在晶体表面上做定向的热运动，当它们逐渐排列成一个具有一定晶体结构的大团簇时，晶体生长就完成了。

晶体生长是一个复杂的过程，需要满足一定的条件和原理才能实现。

晶体生长的研究对于晶体科学和材料科学都具有重要的意义，可以为材料的制备和性能的优化提供重要的理论和技术支持。

【化学工程】晶核的形成晶核的过饱和溶液中由演技的分子、原子、离子形成初始的微小晶体，是晶体生长过程必不可少的核心。

由于这些粒子不停地作快速运动，故称之为运动单元。

晶核形成的速率指单位体积的溶液在单位时间内生成新粒子的数目。

成核速率对晶体产品的粒度及其分布、晶形和产品质量都有很大影响。

不同结晶过程需要有一定的成核速率，如果成核速率过大，将使晶体细小、粒度分布范围宽、产品质量下降。

粒子只有大至一定的临界粒度，才能成为继续长大的稳定的晶核，临界粒度是晶核的最小粒度。

一般临界粒度值与晶体的表面能及生成能有关，而这直接受溶液的过饱和度影响。

根据热力学原理，相同温度下小粒子具有较大的表面能，这使得微小晶体的溶解度高于较大粒度的晶体，结果是小晶粒不断溶解而大晶粒继续生长，直至小晶粒完全消失，因此常见的溶解度数据仅适用于粒度较大些的晶体。

在晶核形成的机理研究中，二次成核已被认为是晶核的主要来源。

二次成核是指由于溶液中宏观晶体的影响而形成晶核的现象，而接触成核又在二次成核中起着决定性的作用。

在有搅拌的结晶中，晶核的生成量与搅拌强度有直接关系。

晶体在与外部物体(包括其他晶粒)碰撞时会产生大量碎片，其中粒度较大的即为新的晶核，这种成核现象的明确机理还在进一步研究当中。

接触成核是结晶过程中获得晶核最简单也是最好的方法，其优点是:溶液的过饱和度对接触成核速率的影响较小，容易在这样的操作条件下易得到优质的产品;接触成核所需的能量非常低，晶体碰撞所产生的微小伤痕在饱和溶液中仅需数百秒钟就会自动修复而消失(即再生周期很短)，故被碰撞的晶体不会造成宏观的磨损。

接触成核的方式接触成核的方式有四种:一是晶体与搅拌器之间的接触，这是最主要的接触成核方式，可以通过改变搅拌器的结构和速度来控制成核速率;二是晶体与容器内表面之间的接触，改变结晶吕结构对成核速率将会有一暄影响;三是晶体与晶体之间的接触，这种接触的几率和能量虽然较小，但是由于同种晶体之间的相互接触可产生更多的晶核，因此其对成核速率的影响较晶体与容器的接触要大;四是由于沉降速度不同而造成的晶体与晶体之间的碰撞。

第八章晶体的成核与生长第章1称为过冷度。

，，表明系统必须过冷却，相变过程才能自发进行；相变自发进行：对于气体，需P＞P0，过饱和蒸气压差ΔP是凝聚相变的推动力；对于溶液，则需c＞c0，过饱和浓度Δc是液相发生相变的推动力。

总结：相变过程的推动力是过冷度（恒压）、过饱和蒸气总结相变过程的推动力是过冷度（恒压）过饱和蒸气压（恒温）、过饱和浓度（恒温恒压）。

6＝0.15—0.25T 0T 7的函数。

2．讨论：当ΔT 较小时，ΔG 2增大而增大并始终为正值图中曲线体积自由能r 增大而增大并始终为正值；较大时当ΔT 较大时，温度1)晶核较大(r>r k ，核稳定存在，且随核稳定存在值越小表示新相越易形成3.分析：（2）在相变过程中，T 和都是（1）r k 值越小，表示新相越易形成；0γ正值，析晶相变时为放热过程ΔH<0，则必须有ΔT>0；（3）降低晶核的界面能γ和增加均可使值减小相变热ΔH ，均可使r k 值减小，有利于新相形成；11二、液-固相变过程动力学液固相变过程动力学1、晶核形成过程动力学核化过程分为均匀成核与非均匀成核二类。

均匀成核——晶核从均匀的单相熔体中由于热起伏而中产生，几率处处相同；非均匀成核——借助于表面、界面、微粒裂纹、容器壁以及各种催化位置等形成晶核的过程。

13临界晶核周界上的原子或分子数。

讨论：成核速率I ν与温度的关系①当温度降低增大（保持在较小范围）此时可忽略1G ∝∆①当温度降低，ΔT 增大（保持在较小范围），此时ΔG m 可忽略。

I I vD2Tk ∆vP即成核势垒降低，成核速率增加；②I ν达到最大值后:温度继续下降，ΔT 较大，液相粘度T成核速率与温度关系图增加，使∆G m 会增加，质点迁移速率下降，导致成核速率降低。

16172)．非均匀成核非均匀成核熔体具有过冷度或过饱和度后不能即成核的主熔体具有过冷度或过饱和度后不能立即成核的要原因是成核时形成液-固相界面需要能量。

晶体生长原理晶体生长原理晶体是由一定数量的分子、离子或原子按照一定的规律排列而成的固体，其结构具有周期性。

晶体生长是指在溶液中，由于某种物质的存在，使得原本无法形成晶体的物质开始有了晶核，并且随着时间的推移，逐渐形成完整的晶体过程。

1. 晶核形成在溶液中，当某些分子或离子达到一定浓度时，它们会聚集在一起形成一个微小的团簇，这就是晶核。

晶核是整个晶体生长过程中最基础和关键的部分。

2. 晶核增长当一个微小的团簇形成后，它会在周围吸收更多的分子或离子，并逐渐增大。

这个过程称为晶核增长。

通常情况下，晶核增长速度比较慢，在正常条件下需要很长时间才能形成一个完整的晶体。

3. 溶液浓度溶液浓度是影响晶体生长速率和质量的重要因素之一。

当溶液中某种物质浓度超过饱和点时，就容易形成晶核。

但是，如果浓度过高，会导致晶体生长速度过快，形成的晶体质量较差。

4. 温度温度也是影响晶体生长速率和质量的重要因素之一。

通常情况下，温度越高，分子或离子的运动能力越强，晶核形成和增长速率也会加快。

但是，如果温度过高，会导致溶液中的物质发生分解或水解等反应，从而影响晶体生长。

5. 搅拌搅拌可以增加溶液中物质之间的接触频率和运动速度，从而促进晶核形成和增长。

但是，在搅拌过程中也会产生涡流等不稳定因素，对晶体的形态产生一定影响。

6. 晶体结构不同种类的物质具有不同的结构特征，在溶液中也会表现出不同的生长规律。

例如硫酸钠和硫酸钾在相同条件下生长出来的晶体形状就有所不同。

7. 光照光照可以通过改变光合作用产物、调节pH值等方式影响溶液中物质的浓度和分布，从而影响晶体生长。

例如，在光照下生长的晶体往往比在黑暗中生长的晶体更透明。

总之，晶体生长是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。

通过了解这些因素，我们可以更好地控制晶体生长过程，获得具有理想形态和性质的晶体。

5 晶体形核与长大摘要5.1 引言几乎所有物质都能以晶体形态存在，而玻璃只是某些物质在特定条件下才能形成的状态，它经过一定处理还会核化和晶化,这正是微晶玻璃得以形成的基础.（玻璃形成学，p1）对各类微晶玻璃而言，得到适当的晶体结构，晶体数量，晶体尺寸和分布是至关重要的，而这取决于许多因素，如材料成分，其形核－长大的热力学、动力学特点，分相状态，晶体形成机理,晶化工艺参数等等，虽然自微晶玻璃问世以来，一直没有停止对形核与长大的研究，但至今仍有许多未搞清的问题，而云母型微晶玻璃问世较晚，成分范围又很宽，形核－长大的机理各有不同，对每种新研制的微晶玻璃，搞清其形核－长大的机理对于得到理想的晶化效果是必不可少的工作。

针对目前对可切削微晶玻璃的形核长大过程研究还不够充分的问题，本文对研制的低熔点可切削微晶玻璃的形核长大过程进行了详细研究。

5.2．形核与长大一般结晶过程均由形核与长大两个过程组成,微晶玻璃也是如此.5.2.1 形核的一般理论分析成核过程可分为均匀成核和非均匀成核。

均匀成核是指在宏观均匀的玻璃中，在无外来物参与下的成核过程；非均匀成核是指依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程。

a.均匀成核 ---玻璃的分相与结晶四首先从热力学的角度考察成核过程的能量变化。

处于过冷状态的玻璃熔体，由于热运动引起组成上和结构上的起伏，一部分变成晶相。

晶相内部质点的规则排列使系统的体积自由能∆Gv减小。

然而，新相的产生势必产生新的界面，导致界面自由能∆G 0的增加。

系统总的自由能∆G 的变化是上述两个自由能变化之和：∆G ＝－∆Gv ＋∆G 0 （5.1）上式中“－”号表示能量减少，“＋”号表示增加。

假设晶核是球形的，则有：34/3v v G r g π∆=-∆ （5.2）204G r πσ∆= （5.3）r 为核半径，∆g v 为相变过程中单位体积自由能的变化，σ是新相与熔体之间的表面张力。

将（302）和（303）式代入（301）式得：324/34v G r g r ππσ∆=-∆+ （5.4）据（304）式绘成图3－1，从图3－1分析可知，当r<r*时，（304）式中的界面能的变化起主要作用，晶核的长大使系统的自由能增大，晶核不能稳定生长；只有当r>r*时，系统自由能才是减小的。

矿物晶体的形成过程
矿物晶体的形成过程包括以下几个主要步骤：
1. 矿物溶液形成：矿物晶体一般是通过矿物溶液形成的。

矿物溶液是指一种物质溶解在液体中，形成一种具有一定浓度的溶液。

这种溶液中的原子、分子或离子可以自由移动和重新排列。

2. 过饱和度增加：当矿物溶液中的溶质浓度超过其饱和度时，产生过饱和度，即溶液中物质的浓度超过了由温度和压力所允许的溶解度。

过饱和度的增加有助于晶体的形成。

3. 晶核形成：当溶液过饱和度达到一定程度时，晶核开始形成。

晶核是指由少数分子或离子通过自聚或相互吸附而组成的微小团块。

晶核的形成是晶体生长的起点。

4. 晶体生长：在形成晶核之后，晶体会逐渐生长。

晶体的生长是指在过饱和度下，溶液中的溶质分子或离子沉积在晶核表面并沿着特定的晶体面方向定向排列，从而逐渐增大晶体体积。

5. 晶体定向排列：晶体在生长过程中，晶体内部的分子或离子以一定的规则排列。

这种规则的排列形成了晶体的晶格结构，决定了晶体的外部形态和内部结构。

总之，矿物晶体的形成是通过矿物溶液的过饱和度增加，晶核形成，晶体生长和晶体定向排列等步骤完成的。

不同的矿物在形成过程中可能有不同的特点和条件。

玻璃工艺学复习练习题玻璃工艺学复习练习题一、解释以下概念1.临界冷却温度:能生成玻璃的最小冷却速度。

2.不混溶区：玻璃发生分相的组成-温度范围。

3.晶核：具有一定大小能够稳定生长的结晶区域称为晶核。

4.粘度温度系数：玻璃的粘度温度系数= 粘度变化/温度变化=Δη/ΔT5.色散：折射率随入射光波长的不同而不同的现象称为色散。

6.转变温度：粘度为1012.4帕秒的温度7.软化温度：粘度为106.5-107.2帕秒的温度范围。

8.正常色散：折射率随波长减小而增大，色散随随波长减小而加剧的现象称为正常色散。

9.反常色散：光波波长接近玻璃的吸收带时，玻璃的折射率发生急剧变化，吸收带长波侧的折射率高于短波侧的折射率。

这种现象称为反常色散。

10.结石：玻璃中的结晶质夹杂物称为玻璃结石11.条纹：条纹呈线条状或纤维状，形状和粗细都不规则，与它周围的玻璃有时没有明显的界限，故亦称之为玻璃态夹杂物。

12.疖瘤：疖瘤大多是在高温时形成的液态球滴或球团。

由于这部分玻璃的粘度、表面张力比基体玻璃大，因而易收缩呈圆形或椭圆形。

疖瘤也可看成是条纹的前身，由于扩散不充分而造成。

二. 简答题1.在Na2O-SiO2玻璃中加入二价金属氧化物，玻璃的化学稳定性将怎样变化？既有断网作用，也有积聚作用。

在二元（RO-SiO2）玻璃中，主要起断网作用，使性能劣化。

对碱性氧化物有压制作用。

在碱硅玻璃中加入二价金属氧化物能使性能改善。

玻璃的密度、折射率等性质随二价金属离子半径大小而变化。

2.在Na2O-SiO2玻璃中加入B2O3，玻璃的结构将如何变化？在钠硅玻璃中加入B2O3，玻璃的结构随B2O3增加而逐渐加强，玻璃的性质得到改善。

但B2O3的含量超过某数值时，将出现逆转：随着B2O3的增加，玻璃结构逐渐弱化，玻璃的性质逐渐劣化，在玻璃的性质变化曲线上出现极值。

3.判断玻璃生成能力的三个动力学指标是什么？1.在熔点Tm附近熔体的粘度大小,粘度大，容易生成玻璃2. Tg/Tm比值的大小; Tg/Tm比值大，容易生成玻璃3. 临界冷却速度; 临界冷却速度越小，越容易生成玻璃4.分相结构对玻璃的性质有何影响？对第一类性质的影响：由离子的迁移特性决定的性质，如电阻率、化学稳定性等对玻璃的分相结构十分敏感。