При больших переохлаждениях механизм роста кристаллов с помощью дислокаций и ступенек заменяется нормальным, не связанным с зарождением новых атомных слоев в обычном смысле. В этих условиях выигрыш термодинамического потенциала при затвердевании настолько велик, что кристалл может покрываться шероховатыми и ступенчатыми гранями с большим избытком энергии. На этих гранях имеется много мест, удобных для закрепления атомов. Поэтому при росте таких кристаллов нет необходимости в образовании новых ступенек. Шероховатую поверхность могут иметь кристаллы всех металлов. Для преодоления потенциальных барьеров при переходе от жидкости к кристаллу атомы должны быть активированы.
На рис. 1 показаны кривые скорости роста кристаллов при затвердевании металлов (а) и некоторых неметаллов (б).
Увеличение степени переохлаждения (ΔT) повышает скорость роста кристаллов (Up). Объясняется это тем, что с ростом переохлаждения увеличивается разность химических потенциалов Δμ.
В некоторых неметаллических жидкостях при больших переохлаждениях вязкость настолько увеличивается, что переходы
атомов через фазовую границу затрудняются и скорость роста кристаллов уменьшается. В этом случае кривая зависимости скорости роста от переохлаждения состоит из восходящей и ниспадающей ветвей. Для металлов же, характеризующихся малой вязкостью в жидком состоянии, достигнуть уменьшения скорости роста обычно не удается.
Большое влияние на затвердевание металлов оказывает отвод теплоты кристаллизации. Он осуществляется либо через кристалл (рис. 2, а), либо через кристалл и жидкость (рис. 2, б).
В первом случае поток тепла через затвердевающую часть металла идет к стенкам формы и перед фронтом кристаллизации имеется переохлаждение ΔT, достаточное для роста кристалла. По мере отвода тепла температура жидкости становится ниже Тб и кристалл растет. Во втором случае кристалл растет в переохлажденной жидкости, и его температура может быть выше, чем жидкости.
