3.2.3. Рост кристаллических образований

Рост возникших на катоде зародышей, состоящих из нескольких атомов, идёт вначале путём достраивания первично образовавшихся плоскостей. В результате роста возникают кристаллические образования слоистого, блочного, складчатого или пирамидального типа.

При слоистом типе роста грани монокристалла образуются последовательным присоединением атомов к двумерному зародышу. То есть развитие грани идёт через образование моноатомных плоскостей.

В течение роста одной плоскости на ней одновременно образуется двумерный зародыш и происходит рост второй плоскости. В результате происходит одновременный рост многих одноатомных плоскостей. Скорость роста плоскостей, расположенных выше, больше, чем у нижележащих, так как к ним облегчён подвод ионов из объёма раствора. Вышележащие моноатомные плоскости «догоняют» при росте нижележащие и группируются в макрослои. Эти макрослои содержат несколько сотен моноатомных плоскостей, образующих ступени.

Расстояние между ступенями и высота ступеней увеличиваются с ростом толщины осадка. Число же ступеней уменьшается. Ступени могут сливаться своими концами, а могут и прекращать свой рост. В свою очередь ступени группируются в слои роста, видимые в микроскоп при небольшом увеличении. При преобладании такого механизма образуются осадки слоистого типа. С увеличением толщины осадка слои становятся больше, расстояние между ними возрастает. Это приводит к повышению шероховатости осадка.

Блочная структура является частным случаем слоистой. При её образовании развитие плоскостей в продольном направлении ограничивается обычно формированием прямоугольников или квадратов. Преимущественный рост слоёв происходит в вертикальном направлении.

Образования складчатого типа в основном появляются с увеличением толщины осадка как результат развития слоистого типа осадков.

Образование осадков блочного и складчатого типа связано с присутствием в электролите примесей и ПАВ.

Пирамидальный рост связан с развитием плоскостей, ориентированных определённым образом относительно поверхности металла-основы.

При наличии на поверхности винтовых дислокаций наблюдается спиральный рост. Последовательное включение атомов к центру выхода винтовой дислокации приводит к развитию ступеней спиральной формы. Несколько винтовых дислокаций могут взаимодействовать при росте друг с другом, образуя ступени в виде петель. Рост по механизму винтовой дислокации не требует образования зародышей и может также привести к образованию микрокристаллов пирамидальной формы.

Развитие микрокристаллов может происходить в виде усов и дендритов. Усы представляют собой монокристаллы, растущие с торца. Рост боковых граней плоскостей блокируется примесями или ПАВ. Поперечное сечение ýса возрастает с увеличением тока таким образом, что плотность тока на торце ýса остаётся постоянной. Эта плотность тока называется критической плотностью тока. Критическая плотность тока возрастает с увеличением концентрации органических примесей. Прерывание тока на несколько секунд приводит к прекращению роста ýса. При повышении перенапряжения рост ýса может начаться вновь в результате образования зародышей на торце или на боковой поверхности.

При осаждении большинства металлов, выделяющихся с низким перенапряжением переноса электрона, особенно при повышенных плотностях тока, возможно образование дендритов. Дендриты представляют собой двух- или трёхмерные папаротникообразные кристаллы. Возможность образования дендритов снижается с увеличением концентрации электролита и уменьшением плотности тока. Рост дендрита обычно начинается не сразу после включения тока, а через некоторое время. Это время необходимо для установления процессов диффузии к микронеоднородной поверхности. Стержень и ветви дендритов формируются на определённых кристаллографических плоскостях, поэтому расположены под определёнными углами друг к другу. Характер роста дендритов зависит от перенапряжения. Общее количество дендритов возрастает с увеличением перенапряжения. Дендриты, возникшие при более высоком перенапряжении, растут быстрее. При этом их длина линейно зависит от времени осаждения при постоянном перенапряжении.

Ниже определённого критического потенциала дендриты не растут, поскольку происходит смена механизма электроосаждения, например, с переходом к пирамидальному росту.