絕大多數固態相變（除調幅分解外）都是通過形核與長大過程完成的。形核過程往往是先在母相基體的某些微小區域內形成新相所必需的成分與結構，稱為核胚；若這種核胚的尺寸超過某一臨界尺寸，便能穩定存在並自髮長大，即成為新相晶核。若晶核在母相基體中無擇優地任意均勻分布，稱為均勻形核；而若晶核在母相基體中某些區域擇優地不均勻分布，則稱為非均勻形核。
基本介紹
- 中文名：非均勻形核
- 外文名：heterogeneous nucleation
- 影響因素：空位、位錯、晶界
- 對比：均勻形核
簡介,對形核作用,相關研究,
簡介
所謂非均勻成核，是指體系在外來質點，容器壁或原有晶體表面上形成的核。在此類體系中，成核幾率在空間各點不同，由於模型內模型壁和雜質顆粒的作用，原子依附在其上而形核，進而降低了過冷度，使形核更加容易。自然界中的雨雪冰雹等的形成都屬於非均勻成核。實際上，在所有物質體系中都會發生非均勻成核。有目的地利用體系的非均勻成核，可以達到特殊的效果和作用。
母相中的晶體缺陷可以作為形核位置，因此，金屬固態相變主要依賴於非均勻形核，其系統自由能總變化為：ΔG=-ΔgvV+σS+EV-ΔGd
-ΔGd表示非均勻形核時由於晶體缺陷消失而釋放出的能量。因此，-ΔgvV-ΔGd是相變驅動力，這將導致臨界形核功的降低，從而大大促進形核過程。
對形核作用
1、空位
空位可通過加速擴散過程或釋放自身能量提供形核驅動力而促進形核。此外，空位群亦可凝聚成位錯而促進形核。
2、位錯
位錯可通過多種形式促進形核：
①新相在位錯線上形核，可借形核處位錯線消失時所釋放出來的能量作為相變驅動力，以降低形核功；
②新相形核時位錯並不消失，而是依附於新相界面上構成半共格界面上的位錯部分，以補償錯配，從而降低應變能，使形核功降低；
③溶質原子在位錯線上偏聚（形成柯氏氣氛），使溶質含量增高，便於滿足新相形成時所需的成分條件，使新相晶核易於形成；
④位錯線可作為擴散的短路通道，降低擴散激活能，從而加速形核過程；
⑤位錯可分解形成由兩個分位錯與其問的層錯組成的擴散位錯，使其層錯部分作為新相的核胚而有利於形核。
3、晶界
大角晶界具有高的界面能，在晶界形核時可使界面能釋放出來作為相變驅動力，以降低形核功。因此，固態相變時，晶界往往是形核的重要基地。晶界形核時，新相與母相的某一個晶粒有可能形成共格或半共格界面，以降低界面能，減少形核功。這時共格的一側往往呈平直界面，新相與母相間具有一定的取向關係。但大角晶界兩側的晶粒通常無對稱關係，故晶核一般不可能同時與兩側晶粒都保持共格關係，而是一側為共格，另一側為非共格。為了降低界面能，非共格一側往往呈球冠形。
晶界形核時一側為共格界面的晶核形狀相關研究
非均勻形核的形核功比均勻形核的形核功小得多，但還不能立即說非均勻形核的形核率一定比均勻形核的形核率高，因為非均勻形核率還取決於是否存在靠背以及靠背的多少。實際上，在凝固時液相中都含有大量的形核靠背，例如盛放液體的容器模壁、液體中含的微小固態微粒等。所以，實際的凝固過程中非均勻形核率總比均勻形核的形核率要高得多，大量靠背的存在也使非均勻形核率比均勻形核的形核率高很多。非均勻形核使l臨界過冷度大幅度減小，形核溫度大大提高，所以凝固過程不能獲得大的過冷度。特別是對於金屬和合金的凝固來說，除了非均勻形核外，再加上它有很大的結晶傾向，更是難以用一般的手段獲得較大的過冷。
