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傅恒志院士是我国著名的冶金材料学家，也是我国著名的教育家，曾执掌著名的西北工业大学8年之久。傅恒志的一生，可谓是格物致知、求索创新的一生。他于1988年创建了国内唯一的凝固技术国家重点实验室。主持国家自然科学基金重大项目、国家重要基础研究项目(973)和国防预研项目的课题，出版有《高温合金及其熔炼技术》等专著4部、指导博士30余名、硕士40余名、博士后10名。1958年，傅恒志作为当时全国铸造学科唯一的留苏研究生，远赴苏联列宁格勒工学院学习。苏联铸造界最有声望的聂亨齐教授是傅恒志的导师，曾对他提出的熔炼特殊材料的高温合金新技术设想大加赞赏: “敢想前人之未想，敢做前人之未做，具有创新思维。好! ”当时傅恒志研制出了新型高温合金系列，其中镍铬基新型高温合金就被运用在苏联航空发动机的叶片上，填补了国际高温合金领域的空白，获得苏联科学技术发明专利。1962年，傅恒志研究生毕业的同时，因其成就卓著又获得了副博士学位。从苏联学成归国后，傅恒志多年来一直致力于材料学方面的研究。他在科教事业中还拥有许多首创和第一: 西北工业大学铸造专业的创始人之一，培养出我国第一位铸造工程博士，国内首创以控制液固界面位置为基准的定向凝固稳态及非稳态过程的计算机模拟和晶向三维控制技术，在国内率先建立了凝固技术国家重点实验室，在国际上首次提出液固界面非平衡溶质再分配和定向组织超细化的概念，这些新颖的观点，引起了国内外学者的高度关注，被认为是凝固理论界的突破……傅恒志院士献身科教事业，硕果累累，业绩辉煌。他先后获国家科技进步奖及发明奖4项，获部、省级特等奖及一等奖4项；发表论文300多篇，其中上百篇被载入《SCI》《EI》《美国化学文摘》《国际宇航文摘》《应用物理学报》等国际文摘和著名刊物。他在科学研究上所取得的卓越成就，使他在第五届国际大学联合会上被推荐为理事会成员；1992年被俄罗斯国立圣彼得堡技术大学授予名誉博士称号，同年由美国传记研究院提名并获世界终身成就奖；1993年成为我国首批入选由世界著名科学家、教育家组成的国际高校科学院院士；1995年年初被选为俄罗斯宇航科学院外籍院士，同年5月，又高票当选中国工程院院士。在航空航天材料及其加工技术方面具有很高的造诣，曾主持了多项型号研制任务，他提出的特种合金及其金属间化合物航空航天发动机叶片液态无模电磁成形和超高梯度超细化定向凝固技术属世界首，为我国航空发动机领域向推比10以上发动机方向的发展提供了科学的材料和工艺基础。傅恒志院士博学多识，治学严谨，具有敏锐的科学思维，始终站在材料科学发展的前沿，精辟的提炼出材料及其加工过程的科学问题，特别对航空航天用高温结构材料的发展做出了巨大贡献。他宽以待人、严于律己、诲人不倦，以其科学家的胆识和魄力，对促进材料和加工学科的发展起到了推动作用，曾于1988年创建了国内唯一的凝固技术国家重点实验室。傅恒志院士长期从事铸钢、铸造高温合金、定向和单晶凝固理论和技术方面的教学和研究工作。在国际上率先提出液固界面非平衡溶质再分配的概念及相关函数关系；在亚快速定向凝固及组织超细化、高温合金和稀土永磁合金的凝固组织与性能方面进行了开创性研究，获得性能提高数倍的超细胞/枝晶定向组织“ZMLMC超高温度梯度定向凝固方法与装置”获1994年国家科技进步奖二等奖。与此同时还获得包括《定向凝固超细柱晶组织及其形成机制》在内的多项国家发明奖和省部级科技进步奖。目前已发表学术论文400余篇，出版《高温合金及其熔炼技术》等专著4部、指导博士30余名、硕士40余名、博士后10名。铸钢、铸造高温合金、定向和单晶凝固理论和技术方面的教学和研究工作，主持国家自然科学基金重大项目、国家重要基础研究项目(973)和国防预研项目的课题，并以大推力、超高温发动机为研究背景，自主开发耐热温度在1000℃以上的钛铝基金属间化合物无(软)接触电磁成形单晶定向凝固发动机叶片的制备技术。该技术的开发成功将使我国的航空航天发动机材料水平迈上一个新台阶，出现一个崭新的局面。1961年研制出新型高温合金，用于生产。在合金非平衡定向凝固及组织控制的研究中，提出了非平衡溶质分配的新概念。撰有《高温合金非平衡状态的凝固特性》等论文。在非平衡凝固理论、亚快速定向组织及组织超细化、高温合金、稀土永磁合金的凝固组织与性能、电磁约束成形定向凝固技术等方面进行了开创性研究。领导研制的超高梯度定向凝固装置的温度梯度可达1300°C/cm,超出当时国际最好水平达三倍之多；主持创建了枝胞转换及亚快速定向凝固的理论框架，开辟了单晶及定向组织超细化研究的新领域。在此基础上，又提出了电磁成形定向凝固新技术。1938年抗战初期，全家逃难，辗转到西安。1947年，傅恒志以优异的成绩考入西北工学院机械系。在迎接解放的日子里，这位热血青年，参加了青年团，担任团支部书记，1950年加入了共产党，同年毕业。1952年至1955年，他考入哈尔滨工业大学攻读硕士学位研究生。1958年，傅恒志作为当时全国铸造学科唯一考取的留苏研究生，赴苏联列宁格勒工学院，师从苏联铸造界最有声望的权威聂亨齐教授，进行耐热合金的研究工作。那时，用于航空航天尖端技术领域的镍基高温合金，性能优良?但在世界上，此种合金都以高含量的铝、钛作为主要强化元素，必须在真空下熔铸，否则极易氧化。而在上世纪60年代初，国内这样的真空冶炼设备极少。针对这一实际情况，傅恒志想：能不能搞出一种既不含铝、钛，又不需真空熔炼，而其性能又与含铝、钛的镍基高温合金相当的高温合金呢？如果有了这种高温合金，不就解决了国内对这一高温材料的急迫需求吗？这可是一个破天荒的大胆设想！ 傅恒志小心翼翼地把这一设想告诉了自己的导师聂亨齐教授，得到了导师的大加赞赏：“敢想前人之未想，敢做前人之未做，具有创新思维。好！”在导师的支持下，傅恒志进行了艰难的探索。他先后设计了60余种合金方案，每一种方案的性能测试都要在800℃的高温下持续做6000小时的实验。为了实验，他常常废寝忘食，通宵不眠。经过两年多时间的不懈努力和反复筛选，在对镍铬钼钨铌合金系列进行系统研究的基础上，终于研制出了″无铝、钛的镍铬基″这一新型高温合金系列。傅恒志把这些研究成果写在论文《镍铬基铸造高温合金组织和性能的研究》里，在论文尚未答辩、合金尚未最后定型的情况下，他研制的镍铬基新型高温合金就被用在苏联航空发动机的导向叶片上。为什么苏联航空专家特别喜欢这种新型合金呢？因为该类合金虽然不含铝、钛，不需真空熔炼但却达到了当时世界上含铝、钛的镍基高温合金的优良性能，即不但具有较好的力学性能，而且具有优异的铸造性能。这在当时被认为是填补了国际高温合金研究领域的一项空白，当之无愧地居于国际领先水平，受到了国内外专家的高度赞誉。也正因为如此，他的这项研究成果获得了苏联科学技术发明专利。1962年，他从列宁格勒工学院物理冶金系研究生毕业时，获得苏联科学技术副博士学位。标新立异 勇攀高温合金研究高峰：傅恒志1962年从苏联学成归国后，继续致力于高温合金的成份、组织、铸造性能与力学性能关系的研究。高温合金是广泛应用于航空、航天、舰船、发电、机床、石油和化工等工业中的耐高温材料，在航空发动机上主要用于制作热端部件。他针对新型发动机发展的需要，开展了对涡轮叶片定向凝固和单晶技术的研究，在国内首创了以控制液固界面位置为基准的定向凝固稳态及非稳态过程的计算机模拟和晶向三维控制技术，显著改善了定向和单晶叶片的组织及性能，为我国叶片的定向凝固和单晶技术的发展提供了关键技术。此后，针对现行定向凝固温度梯度低、冷速小、组织粗大的缺点，他又提出了超高梯度定向凝固和组织超细化的新构思，成功地获得定向超细柱晶组织。在镍基和钴基合金中，所得到的结晶组织较HRS定向凝固这一通用方法细化4～10倍，高温持久性能超出同类合金1～2倍。他领导研制的超高梯度定向凝固装置，其温度梯度超过当今世界最高水平3倍多。由于在高梯度晶体生长和超高梯度定向凝固装置的研究上达到了国际领先水平，这两项技术分获航空航天部一、二等奖和国家科技进步及国家发明二、三等奖。仪器仪表工业的发展对磁性材料提出了新的要求，用传统粉末冶金方法制出的稀土永磁材料性能极脆，很容易破损，无法制作出很薄或形状复杂的永磁体。为了解决这一问题，傅恒志教授以凝固理论、磁学理论和复合材料理论为指导，提出了引入塑性相的新构思和运用控制凝固过程的新手段，经过几年的努力，建立了第二代（钐－钴）和第三代（钕铁硼）永磁体的铸造组织、成分、凝固特性、晶体取向和磁性能的关系，发明了可加工的稀土钴永磁材料。这种材料可以车削，可以变形，也可以切削成仅0．2毫米厚的超薄磁片，从而突破了钐钴合金完全脆性、不可能加工的禁界；而且所获磁能积居当时国际同类材料的领先水平。已成功地应用于国产卫星的隔离器上，并获得了航空航天部科技进步一等奖及国家发明三等奖。九十年代，针对航天工业的需要，傅恒志教授又领导开展了对超细石英纤维加工机制和析晶性的研究，所研制的高纯超细石英纤维，被国家高技术新材料鉴定组确认为：“其性能已相当于美国同类产品水平，填补了国内空白。”如今，高纯超细石英纤维已用于航天防热陶瓷瓦，其理论成果获1994年国家教委科技进步奖。1995年，傅恒志教授承担了“单晶与定向叶片组织超细化与自约束成形综合技术”的课题研究。这一课题研究试图解决材料冶金技术上的两个重大难题：一是如何提高单晶及定向凝固技术装置的温度梯度；二是如何消除液态合金在成形过程中的污染。傅恒志教授致力于对高温合金定向凝固技术的研究，探索了提高定向凝固过程的温度梯度的途径，推出了超高梯度ZMLMC定向凝固方法，在实验室实现了高达1000K/cm以上的温度梯度，比德国Leybold公司生产的定向凝固设备的温度梯度整整高出10倍左右，达到了当今世界领先水平。这项成果因而获得了航空航天部科技进步一等奖及国家科技进步二等奖（国防类）。硕果累累 奋斗不息：傅恒志院士献身科教事业硕果累累，业绩辉煌。他先后获国家科技进步及发明奖4项，获部、省级特等及一等奖4项；发表论文300多篇，其中上百篇被载入《美国化学文摘》、《国际宇航文摘》、《应用物理学报》等国际文摘和著名刊物。他多次应邀参加国际学术会议及到国外讲学：先后在美国里海大学、美国国家标准局、德国柏林工业大学、德国亚琛工业大学等院校和研究所做学术报告；他还多次赴前苏联及俄罗斯、乌克兰的一些著名大学和研究机构访问讲学。在圣彼得堡国立技术大学及莫斯科航空材料研究院，他的“关于晶体定向生长及单晶高温合金问题”的讲学受到高度评价。圣彼得堡技术大学教授、苏联功勋科学家、科学院院士哈洛沙伊洛夫认为，傅恒志教授关于“定向凝固溶质再分配”的讲学，是“合金相变理论中的一个突破”。他在科学研究上所取得的卓越成就，使他在第五届国际大学联合会上被推荐为理事会成员；1992年被俄罗斯国立圣彼得堡技术大学授予名誉博士称号，同年由美国传记研究院提名并获世界终身成就奖；1993年成为我国首批入选由世界著名科学家、教育家组成的国际高校科学院院士；1995年初被选为俄罗斯宇航科学院外籍院士，5月间又荣幸地成为中国工程院院士。现任西北工业大学学术委员会主任，陕西省航空学会理事长，中国航空学会副理事长。桑梓情深 愿为家乡多奉献：76岁的傅恒志院士乡音未改，见到家乡的亲人，心情激动，特别热情。他说，我是河南人，热爱河南，人老了，更加关注家乡，迫切希望为家乡做些贡献。1986年，我在苏联留学的同学何竹康担任河南省省长，我的学生赵地担任河南省委副书记，我担任西北工业大学校长。受他们的盛情邀请，我和西北工业大学的几位领导从西安来到郑州，洽谈如何为河南省的经济发展尽力。在赵地同志的陪同下，我们参观了洛阳等几个发展比较快的城市，来到洛阳工学院，受到学院领导的热情接待，留下了美好的印象。后来，赵地同志回西北工业大学参加校庆，再次谈起为河南办点实事的问题。最后选中了洛阳工学院。1998年牡丹花会期间，我再次来到洛阳工学院深入考察，双方开始合作。河南科技大学成立以来，聘请我为共享院士，兼职教授，专设了办公室。我感到责任在肩，时刻牢记在心，虽然这几年，我每年都要到河南科技大学两次，做场学术报告，指导一些工作，但，总希望工作做得更多一些，更好一些。希望河南科技大学的发展更快一些，为河南省经济社会的发展做出更大的贡献。傅恒志院士受聘于河南理工大学：2005年3月，傅恒志院士受聘于河南理工大学之后，他决定每年从该校给他的薪酬中拿出20万元，加上校方配套的10万元，共30万元作为资金来源，设立“金属材料及加工工程学科发展基金”，用于奖励河南理工大学师生。该发展基金于2005年10月建立，至今该校已有40余名师生受益。该基金主要用于支持该校材料学科建设，活跃学术氛围，促进学术交流，奖励品学兼优的材料科学及相关学科的在校硕士、博士研究生，激励他们在学业和研究工作中取得创造性成绩。2005年受聘担任河南理工大学教授以来，创建了材料物理冶金研究所，引领学校材料学科的建设与发展，帮助凝炼并形成了凝固技术与亚稳材料、材料先进连接技术与相变理论及材料加工过程数值模拟等学术研究方向并取得重要进展。
一、预备知识矿物成因和晶体的形成方式；影响晶体生长的外部因素；人工合成晶体的方法、原理和工艺特点。二、目的与要求熟悉常见矿物成因及其共生矿物组合；了解影响晶体生长的外部因素；根据不同矿物的特点选择适合的合成方法。三、实验内容生长石盐、食糖、明矾、绿松石及一些玻璃制品等。通过使溶液达到过饱和时析出晶体的方式合成晶体，包括低温饱和溶液（如水和重水溶液、凝胶溶液、有机溶剂溶液等）、高温饱和溶液（熔盐）与热液等方法。低温溶液生长（室温至75℃左右）：一种最古老的生长晶体的方法。在工业结晶中，海盐、食糖及各种固体化学试剂等的生产，都采用了这一技术。晶体的生长是靠自发成核或放入粉末状晶种来促进生长的，生长的晶体为高纯度、颗粒均匀的多晶体。从低温溶液中培育单晶最显著的优点如下：（1）晶体可以在远低于熔点温度的条件下生长，可用的加热器和培育容器易于选择；（2）容易生成大块的均匀性好的晶体；（3）所生长出的晶体外形完整，同时可以用肉眼观察晶体生长全过程，这对研究晶体生长形态与动力学提供了方便。从低温溶液中培育单晶，也存在如下主要缺点：（1）溶液的组成较多，溶液中的杂质总是不可避免的，因此影响晶体生长的因素较复杂；（2）晶体生长速度慢，因此单晶生长的周期长；（3）从水或重水溶液中生长出的晶体易于潮解，而且使用温度范围亦窄。注意：（1）从低温溶液中生长单晶的最关键因素是控制溶液的过饱和度，晶体只有在稳定的过饱和溶液中生长才能确保晶体质量。（2）单晶生长法与生长温度区间的选择是根据结晶物质的溶解度及其温度系数来决定的。例如，若结晶物质的溶解度及其温度系数均较大时，就可采用降温法；若结晶物质的溶解度大小为一般，但其温度系数很小或为负值，则要采用恒温蒸发法；若结晶物质的溶解度很小（难溶盐），就可采用凝胶法。降温法：是从溶液中培育单晶的一种最常用的方法。降温法的关键问题是在晶体生长的全过程中要求严格控制温度，并按照一定的程序降温，使溶液始终处于亚稳相，并维持适宜的过饱和度来促成晶体的正常生长。装置如图1示。操作技术要点如下：（1）配置适量溶液，测定溶液的饱和点与p H值；（2）将溶液过热处理2～3小时，以便提高溶液的稳定性；（3）预热晶种，在装槽下种时，使晶种微溶；（4）根据溶解度曲线，按照降温程序降温，逐步使晶种恢复其几何外形，然后使晶体正常生长；（5）当晶体生长到一定温度时，抽出溶液，再缓慢地将温度降至室温，取出晶体，放进干燥器中保存。图1 降温法生长晶体装置示意（据张克从，1998)1—搅拌马达；2—温度计；3—接触温度计（控温）；4—加热器；5—育晶器；6—挚晶杆；7—晶体；8—导电表；9—温度计；10—育晶器盖；11—育晶器；12—保温层；13—炉丝；14—自控加热器图2 蒸发法育晶装置示意（据张克从，1998)1—转晶电机；2—水封；3—冷凝管；4—冷凝水收集器；5～8—绝缘层外壳蒸发法：是将溶剂不断地蒸发移出，以保持溶液处于过饱和状态，通过控制蒸发量来维持溶液的过饱和度。蒸发法生长晶体的装置与降温法近似，只不过增加了冷凝回收溶剂的部分装置，如图2示。这种方法的技术操作要点大致与降温法相同，不同之处在于：根据流出的冷凝水量（蒸发量）来观测晶体正常生长的情况，随着晶体的长大，要求取水量逐渐增多，通过调整晶体生长温度来达到这个目的。凝胶法：以凝胶作为扩散和支持介质，晶体借助在水溶液（或有机溶剂）中的化学反应生长，装置如图3示。生长晶体的技术特点如下：图3 凝胶法育晶装置示意（据张克从，1998)1—水；2—凝胶；3—晶体；4—容器；5—玻璃管；A,B两种不同的生长液（1）凝胶的配置，凝胶的密度和稳定性对生长晶体起到关键性的作用；（2）当A、B两种生长液同时向凝胶介质中扩散时，扩散的结果将导致复分解反应或其他类型的反应，自发成核，多核生长；（3）晶体是在柔软而多孔的凝胶骨架中生长，有自由发育的适宜条件；（4）晶体是在静止环境中靠扩散生长，没有对流与湍流的影响，有利于完整性好的晶体生长；（5）晶体在室温或近室温条件下生长，温度易于控制，副反应减少，如欲生长出较大的晶体（厘米级），则必须严格控制成核；（6）用凝胶法研究新晶体材料和培育籽晶是一种理想的简便方法；（7）设备简单，可根据不同类型反应采用不同的设备。例如，化学沉淀合成宝玉石法是一种经化学反应和沉淀（或沉积），进而加热加压合成非单晶质宝石的方法，如合成欧泊、合成绿松石等。高温熔液生长（温度约在300℃以上）：十分类似于低温溶液法生长晶体，它是将晶体的原成分在高温下熔解于助熔剂中，以形成均匀的饱和溶液，晶体是在过饱和熔液中生长。其优点如下：（1）适用性强，几乎对所有的晶体材料都能找到一些适当的助熔剂来进行晶体生长；（2）对许多难熔的化合物或熔点较低的晶体材料，可选取适当的助熔剂来进行晶体生长，而助熔剂的选择非常关键，要求它不与生长晶体原料起化合作用；（3）设备较简单，坩埚、单晶炉热源和控温装置等均属于一般要求的装置。高温熔液生长晶体也有如下缺点：（1）晶体生长速度较慢，生长周期较长；（2）在晶体生长过程中，不易观察生长现象；（3）许多助熔剂往往带有毒性，有害身体健康；（4）一般所生长出的晶体尺寸较小。例如，仿造和再造宝玉石法，主要是利用玻璃、陶瓷、塑料或其他材料制作宝石仿制品（如玻璃猫眼、绿松石玻璃、玻璃欧泊、塑料琥珀等）和再造宝石（再造琥珀、再造绿松石等）。热液生长法，又水热法，是一种在高温高压下过饱和溶液中进行结晶的方法。四、作业根据实验条件，合成常见晶体。
物质在一定温度、压力、浓度、介质、pH等条件下由气相、液相、固相转化，形成特定线度尺寸晶体的过程称为晶体生长。其原理基于物种晶相化学势与该物种在相关物相中化学势间准平衡关系的合理维持。如在溶液中的晶体生长要求在平衡溶解度附近溶质有一定合宜的过饱和度。晶体生长方法是多样的，如水热法生长人工水晶，区域熔融法生长硅、锗单晶、氢氧焰熔融法生长轴承用宝石，航天失重法培养晶体以及升华法；同质或异质外延生长法等。形成晶体的过程叫做结晶。在实际生产中，常常需要使物质从溶液中结晶析出，如从蔗汁中提取砂糖、从海水中提取精盐。
下面介绍关于晶体生长的两种主要的理论。 科塞尔(Kossel，1927)首先提出，后经斯特兰斯基(Stranski)加以发展的晶体的层生长理论亦称为科塞尔—斯特兰斯基理论。它是论述在晶核的光滑表面上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格座位的最佳位置是具有三面凹入角的位置(图I-2-1中k)。质点在此位置上与晶核结合成键放出的能量最大。因为每一个来自环境相的新质点在环境相与新相界面的晶格上就位时，最可能结合的位置是能量上最有利的位置，即结合成键时应该是成键数目最多，释放出能量最大的位置。图I一2—1示质点在生长中的晶体表面上所可能有的各种生长位置：k为曲折面，具有三面凹人角，是最有利的生长位置；其次是S阶梯面，具有二面凹入角的位置；最不利的生长位置是A。由此可以得出如下的结论即晶体在理想情况下生长时，先长一条行列，然后长相邻的行列。在长满一层面网后，再开始长第二层面网。晶面(最外的面网)是平行向外推移而生长的。这就是晶体的层生长理论，用它可以解释如下的一些生长现象。1)晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态。2)在晶体生长的过程中，环境可能有所变化，不同时刻生成的晶体在物性(如颜色)和成分等方面可能有细微的变化，因而在晶体的断面上常常可以看到带状构造(图I-2-2)。它表明晶面是平行向外推移生长的。3)由于晶面是向外平行推移生长的，所以同种矿物不同晶体上对应晶面间的夹角不变。4)晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为顶点的锥状体称为生长锥或砂钟状构造(图I-2-3、I-2-4、I-2-5)。在薄片中常常能看到。然而晶体生长的实际情况要比简单层生长理论复杂得多。往往一次沉淀在一个晶面上的物质层的厚度可达几万或几十万个分子层。同时亦不一定是一层一层地顺序堆积，而是一层尚未长完，又有一个新层开始生长。这样继续生长下去的结果，使晶体表面不平坦，成为阶梯状称为晶面阶梯(图I-2-5)。科塞尔理论虽然有其正确的方面，但实际晶体生长过程并非完全按照二维层生长的机制进行的。因为当晶体的一层面网生长完成之后，再在其上开始生长第二层面网时有很大的困难，其原因是已长好的面网对溶液中质点的引力较小，不易克服质点的热振动使质点就位。因此，在过饱和度或过冷却度较低的情况下，晶的生长就需要用其它的生长机制加以解释。在晶体生长过程中，不同晶面的相对生长速度如何，在晶体上哪些晶面发育，下面介绍有关这方面的几种主要理论。 早在1855年，法国结晶学家布拉维(A．Bravis)从晶体具有空间格子构造的几何概念出发，论述了实际晶面与空间格子构造中面网之间的关系，即实际晶体的晶面常常平行网面结点密度最大的面网，这就是布拉维法则。布拉维的这一结论系根据晶体上不同晶面的相对生长速度与网面上结点的密度成反比的推论引导而出的。所谓晶面生长速度是指单位时间内晶面在其垂直方向上增长的厚度。如图I一2—9所示，晶面AB的网面上结点的密度最大，网面间距也最大，网面对外来质点的引力小，生长速度慢，晶面横向扩展，最终保留在晶体上；CD晶面次之；BC晶面的网面上结点密度最小，网面间距也就小，网面对外来质点引力大，生长速度最快，横向逐渐缩小以致晶面最终消失；因此，实际晶体上的晶面常是网面上结点密度较大的面。总体看来，布拉维法则阐明了晶面发育的基本规律。但由于当时晶体中质点的具体排列尚属未知，布拉维所依据的仅是由抽象的结点所组成的空间格子，而非真实的晶体结构。因此，在某些情况下可能会与实际情况产生一些偏离。1937年美国结晶学家唐内—哈克(Donnay－Harker)进一步考虑了晶体构造中周期性平移(体现为空间格子)以外的其他对称要素(如螺旋轴、滑移面)对某些方向面网上结点密度的影响，从而扩大了布拉维法则的适用范围。布拉维法则的另一不足之处是，只考虑了晶体的本身，而忽略了生长晶体的介质条件。由液相变为固相 由气相变为固相 由固相再结晶为固相晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种，即气相、液相和固相。只有晶体才是真正的固体。由气相、液相转变成固相时形成晶体，固相之间也可以直接产生转变。由液相变为固相(1)从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是说，只有当熔体过冷却时晶体才能发生。如水在温度低于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却到熔点以下结晶成金属晶体。(2)从溶液中结晶 当溶液达到过饱和时，才能析出晶体。其方式有：1)温度降低，如岩浆期后的热液越远离岩浆源则温度将渐次降低，各种矿物晶体陆续析出； 2)水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发， 3)通过化学反应，生成难溶物质。决定晶体生长的形态，内因是基本的，而生成时所处的外界环境对晶体形态的影响也很大。同一种晶体在不同的条件生长时，晶体形态是可能有所差别的。现就影响晶体生长的几种主要的外部因素分述如下。涡流 温度 杂质 粘度 结晶速度影响晶体生长的外部因素还有很多，如晶体析出的先后次序也影响晶体形态，先析出者有较多自由空间，晶形完整，成自形晶；较后生长的则形成半自形晶或他形晶。同一种矿物的天然晶体于不同的地质条件下形成时，在形态上、物理性质上部可能显示不同的特征，这些特征标志着晶体的生长环境，称为标型特征。1．晶体的溶解把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始镕解。由于角顶和棱与溶剂接触的机会多，所以这些地方溶解得快些，因而晶体可溶成近似球状。如明矾的八面体溶解后成近于球形的八面体(图I一2—14)。晶面溶解时，将首先在一些薄弱地方溶解出小凹坑，称为蚀像。经在镜下观察，这些蚀象是由各种次生小晶面组成。图I一2—15表示方解石与白云石(b)晶体上的蚀像。不同网面密度的晶面溶解时，网面密度大的晶面先溶解，因为网面密度大的晶面团面间距大，容易破坏。2．晶体的再生破坏了的和溶解了的晶体处于合适的环境又可恢复多面体形态，称为晶体的再生如班岩中石英颗粒的再生。溶解和再生不是简单的相反的现象。晶体溶解时，溶解速度是随方向逐渐变化的，因而晶体溶解可形成近于球形；晶体再生时，生长速度随方向的改变而突变，因之晶体又可以恢复成几何多面体形态。晶体在自然界的生长往往不是直线型进行的，溶解和再生在自然界常交替出现，使晶体表面呈复杂的形态。如在晶体上生成一些窄小的晶面，或者在晶面上生成一些特殊的突起和花纹。
一、预备知识矿物成因和晶体的形成方式；影响晶体生长的外部因素；人工合成晶体的方法、原理和工艺特点。二、目的与要求熟悉常见矿物成因及其共生矿物组合；了解影响晶体生长的外部因素；根据不同矿物的特点选择适合的合成方法。三、实验内容生长石盐、食糖、明矾、绿松石及一些玻璃制品等。通过使溶液达到过饱和时析出晶体的方式合成晶体，包括低温饱和溶液（如水和重水溶液、凝胶溶液、有机溶剂溶液等）、高温饱和溶液（熔盐）与热液等方法。低温溶液生长（室温至75℃左右）：一种最古老的生长晶体的方法。在工业结晶中，海盐、食糖及各种固体化学试剂等的生产，都采用了这一技术。晶体的生长是靠自发成核或放入粉末状晶种来促进生长的，生长的晶体为高纯度、颗粒均匀的多晶体。从低温溶液中培育单晶最显著的优点如下：（1）晶体可以在远低于熔点温度的条件下生长，可用的加热器和培育容器易于选择；（2）容易生成大块的均匀性好的晶体；（3）所生长出的晶体外形完整，同时可以用肉眼观察晶体生长全过程，这对研究晶体生长形态与动力学提供了方便。从低温溶液中培育单晶，也存在如下主要缺点：（1）溶液的组成较多，溶液中的杂质总是不可避免的，因此影响晶体生长的因素较复杂；（2）晶体生长速度慢，因此单晶生长的周期长；（3）从水或重水溶液中生长出的晶体易于潮解，而且使用温度范围亦窄。注意：（1）从低温溶液中生长单晶的最关键因素是控制溶液的过饱和度，晶体只有在稳定的过饱和溶液中生长才能确保晶体质量。（2）单晶生长法与生长温度区间的选择是根据结晶物质的溶解度及其温度系数来决定的。例如，若结晶物质的溶解度及其温度系数均较大时，就可采用降温法；若结晶物质的溶解度大小为一般，但其温度系数很小或为负值，则要采用恒温蒸发法；若结晶物质的溶解度很小（难溶盐），就可采用凝胶法。降温法：是从溶液中培育单晶的一种最常用的方法。降温法的关键问题是在晶体生长的全过程中要求严格控制温度，并按照一定的程序降温，使溶液始终处于亚稳相，并维持适宜的过饱和度来促成晶体的正常生长。装置如图1示。操作技术要点如下：（1）配置适量溶液，测定溶液的饱和点与p H值；（2）将溶液过热处理2～3小时，以便提高溶液的稳定性；（3）预热晶种，在装槽下种时，使晶种微溶；（4）根据溶解度曲线，按照降温程序降温，逐步使晶种恢复其几何外形，然后使晶体正常生长；（5）当晶体生长到一定温度时，抽出溶液，再缓慢地将温度降至室温，取出晶体，放进干燥器中保存。图1 降温法生长晶体装置示意（据张克从，1998)1—搅拌马达；2—温度计；3—接触温度计（控温）；4—加热器；5—育晶器；6—挚晶杆；7—晶体；8—导电表；9—温度计；10—育晶器盖；11—育晶器；12—保温层；13—炉丝；14—自控加热器图2 蒸发法育晶装置示意（据张克从，1998)1—转晶电机；2—水封；3—冷凝管；4—冷凝水收集器；5～8—绝缘层外壳蒸发法：是将溶剂不断地蒸发移出，以保持溶液处于过饱和状态，通过控制蒸发量来维持溶液的过饱和度。蒸发法生长晶体的装置与降温法近似，只不过增加了冷凝回收溶剂的部分装置，如图2示。这种方法的技术操作要点大致与降温法相同，不同之处在于：根据流出的冷凝水量（蒸发量）来观测晶体正常生长的情况，随着晶体的长大，要求取水量逐渐增多，通过调整晶体生长温度来达到这个目的。凝胶法：以凝胶作为扩散和支持介质，晶体借助在水溶液（或有机溶剂）中的化学反应生长，装置如图3示。生长晶体的技术特点如下：图3 凝胶法育晶装置示意（据张克从，1998)1—水；2—凝胶；3—晶体；4—容器；5—玻璃管；A,B两种不同的生长液（1）凝胶的配置，凝胶的密度和稳定性对生长晶体起到关键性的作用；（2）当A、B两种生长液同时向凝胶介质中扩散时，扩散的结果将导致复分解反应或其他类型的反应，自发成核，多核生长；（3）晶体是在柔软而多孔的凝胶骨架中生长，有自由发育的适宜条件；（4）晶体是在静止环境中靠扩散生长，没有对流与湍流的影响，有利于完整性好的晶体生长；（5）晶体在室温或近室温条件下生长，温度易于控制，副反应减少，如欲生长出较大的晶体（厘米级），则必须严格控制成核；（6）用凝胶法研究新晶体材料和培育籽晶是一种理想的简便方法；（7）设备简单，可根据不同类型反应采用不同的设备。例如，化学沉淀合成宝玉石法是一种经化学反应和沉淀（或沉积），进而加热加压合成非单晶质宝石的方法，如合成欧泊、合成绿松石等。高温熔液生长（温度约在300℃以上）：十分类似于低温溶液法生长晶体，它是将晶体的原成分在高温下熔解于助熔剂中，以形成均匀的饱和溶液，晶体是在过饱和熔液中生长。其优点如下：（1）适用性强，几乎对所有的晶体材料都能找到一些适当的助熔剂来进行晶体生长；（2）对许多难熔的化合物或熔点较低的晶体材料，可选取适当的助熔剂来进行晶体生长，而助熔剂的选择非常关键，要求它不与生长晶体原料起化合作用；（3）设备较简单，坩埚、单晶炉热源和控温装置等均属于一般要求的装置。高温熔液生长晶体也有如下缺点：（1）晶体生长速度较慢，生长周期较长；（2）在晶体生长过程中，不易观察生长现象；（3）许多助熔剂往往带有毒性，有害身体健康；（4）一般所生长出的晶体尺寸较小。例如，仿造和再造宝玉石法，主要是利用玻璃、陶瓷、塑料或其他材料制作宝石仿制品（如玻璃猫眼、绿松石玻璃、玻璃欧泊、塑料琥珀等）和再造宝石（再造琥珀、再造绿松石等）。热液生长法，又水热法，是一种在高温高压下过饱和溶液中进行结晶的方法。四、作业根据实验条件，合成常见晶体。
中图分类号查询 > 文学 > 中国文学 > 文学评论和研究I09文学批评史I2古代文学（~1840年）I5近代文学（1840~1919年）I6现代文学（1919~1949年）I7当代文学（1949年~）应该是I7
晶体是在物相的转变过程中形成的。如果将物质按气相、液相和固相划分，则从相转变的角度看，晶体的形成途径也便有3种。由气相转变为晶体当某些气体处于过饱和蒸气压或过冷却温度条件时，可直接转变为晶体。从火山口喷发出来的含硫气体通过凝华作用形成自然硫晶体；空气中的水蒸气在冬季玻璃窗上凝结成冰花，都是由气相转变为晶体的例子。自然界中此类例子并不多见。由液相转变为晶体液相有熔体和溶液两种基本类型。当温度下降到低于熔体的熔点（即过冷却）或当溶液达到过饱和时，可结晶形成晶体。例如，高温熔融态的岩浆，随着温度的降低，可依次结晶出橄榄石、辉石等矿物晶体。盐湖中的溶液因蒸发作用而达到过饱和可结晶出石盐、硼砂等矿物晶体。工业上的各种铸锭和化学药品的制作都是液相转变为晶体的实例。这是自然界和工业上最常见的一种晶体形成方式。由固相转变为晶体固相物质有晶态和非晶态两种。对于非晶态的固体，由于其内部质点不具有规则排列的特点，相对于晶体来说其内能较大而处于不稳定状态，因此非晶态的固体可以自发地向内能更小、更稳定的晶体转化。自然界的火山玻璃经过漫长地质年代的演化可以形成细小的长石或石英雏晶是最典型的由固相转变为晶体的实例。除了非晶态的固体可以转变为晶体以外，一些早期形成的晶体，当其所处的物理化学条件改变到一定程度时，原晶体赖以稳定的条件消失，其内部质点就要重新进行排列而形成新的结构，从而使原来的晶体转变成了另外一种晶体。由一种晶体转变为另外一种晶体的方式，主要有以下几种情况。同质多象转变 某种晶体在热力学条件改变时转变为另外一种在新条件下稳定的晶体，新晶体与原晶体成分相同，但结构不同，这就是同质多象转变。例如，在一个大气压573℃以上，SiO2可形成高温β-石英；而在573℃以下，高温β-石英可转变为结构不同的低温a-石英。固溶体分解 固溶体是两种或两种以上的物质在一定的温度条件下形成的类似于溶液的一种均一相的结晶相固体。当温度下降时，固溶体内部物质之间的相容性下降，从而使它们各自结晶形成独立的晶体，这就是固溶体的分离现象。例如，闪锌矿（ZnS）和黄铜矿（CuFeS2）在高温条件下，可按一定比例形成均一相的固溶体，而在低温时就分离成为闪锌矿（ZnS）和黄铜矿（CuFeS2）两种矿物晶体。再结晶作用 再结晶作用是指在温度和压力的影响下，通过质点在固态条件下的扩散，由细粒晶体转变成粗粒晶体的作用。在这一作用过程中，没有新晶体的形成，只是原来晶体的颗粒由小变大。例如，由细粒方解石组成的石灰岩在与岩浆岩接触时，受到热力烘烤作用，细粒方解石结晶成粗粒方解石晶体，石灰岩变质为大理岩。
黑大霍利华老师考试的题目。
有区别，单晶电池和多晶电池的初始原材料都是原生多晶硅，类似于微晶状态存在。要具备发电能力，就必须将微晶状态的硅制成晶体硅，而晶体硅的晶向需要精确控制。单晶电池和多晶电池在制程上唯一无法轻易互换的就是晶体生长环节。在这个环节，原生多晶硅在单晶炉内会生产成单一晶向、无晶界、位错缺陷和杂质密度极低的单晶硅棒。多晶晶体的生长工艺本身决定了它无法生长出大面积单一晶向的晶体（单晶），多晶的本质就是大量的小单晶的集合体。拓展资料：所谓单晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。由于熵效应导致了固体微观结构的不理想，例如杂质，不均匀应变和晶体缺陷，有一定大小的理想单晶在自然界中是极为罕见的，而且也很难在实验室中生产。另一方面，在自然界中，不理想的单晶可以非常巨大，例如已知一些矿物，如绿宝石，石膏，长石形成的晶体可达数米。百度百科_单晶多晶是众多取向晶粒的单晶的集合。多晶与单晶内部均以点阵式的周期性结构为其基础，对同一品种晶体来说，两者本质相同。两者不同处在于单晶是各向异性的，多晶则是各向同性的。在摄取多晶衍射图或进行衍射计数时，多晶样亦有其特色。百度百科_多晶
①金属结晶的基本规律是形核和核长大。②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。
从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶。多个晶粒，每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。英文晶粒用Grain表示，注意与Particle是有区别的。多晶指的是多种晶形共存，单晶指只有一种晶形。单晶体-晶体内部的晶格方位完全一致多晶体—许多晶粒组成多晶指的是多种晶形共存，单晶指只有一种晶形。晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶。多个晶粒，每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。例如：由于氧化铁的相间转化比较容易，但又不完全，所以大部分氧化铁都是多种晶形共存的，如四氧化三铁，α-Fe2O3,γ-Fe2O3等。此为多晶铁，单晶铁则是纯净物，如只有α-Fe2O3。从显微学上来看单晶，多晶。单晶与多晶，一个晶粒就是单晶，多个晶粒就是多晶，没有晶粒就是非晶。单晶只有一套衍射斑点；多晶的话，取向不同会表现几套斑点，标定的时候，一套一套来，当然有可能有的斑点重合，通过多晶衍射的标定可以知道晶粒或者两相之间取向关系。如果晶粒太小，可能会出现多晶衍射环。非晶衍射是非晶衍射环，这个环均匀连续，与多晶衍射环有区别。如果用XRD得到晶面衍射的统计数据,对同一物质的多晶和单晶的衍射信息就衍射峰而言是一致的查看原帖>>
单晶和多晶的生产制造工艺是不一样的，成分也有所不同，但是最后做成成品（太阳能电池板）使用效果是差不多的，之前两者的区别在于光电转换率不同，单晶一直比多晶转换效率高，即使在实验室还是这种情况，另外单晶的材质要比多晶的好，在生产过程中不容易损坏，另外在外观上，单晶一般都是单色的（常规的是蓝色和黑色。国外基本都是蓝色多，国内的大多表面是蓝色，但在层压后颜色会变成黑色，多晶颜色很杂，既有单色蓝色。