關(guān)于作者
中國科學(xué)院金屬研究所
共晶合金形核模擬等過程演示
材料新視野
2015年08月24日
在共晶溫度下，液相通過共晶凝固同時結(jié)晶出兩個固相，這樣的兩相的混合物稱為共晶組織或共晶體。共晶成分合金的組成： + 兩相混合組織
共晶成分合金的結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行的，結(jié)晶過程從表面開始向中心逐層推進(jìn)。由于凝固層的內(nèi)表面比較平滑，對尚未凝固的液態(tài)合金流動的阻力小,有利于合金充填型腔。共晶生長過程可以簡要概括為交替形核，共同生長。以下給出交替形核及共同生長的具體含義，并附片層狀共晶的形核長大示意圖。Flash動畫展示的是共晶合金形核模擬過程，此動畫能夠形象直觀的描述共晶形核長大過程。
均勻形核：在均勻母相中由晶胚發(fā)展為新相晶核的過程，稱為均勻形核。均勻形核是在過冷液相中完全依靠相起伏和能量起伏而實現(xiàn)的形核。體積自由能和表面自由能的相對大小，決定著臨界晶核半徑的大小。動畫演示是模擬物質(zhì)按光滑界面在固-液界面的均勻形核過程。
動畫演示的是區(qū)域熔煉（zone melting technique）過程，該方法是凝固的一種新型方法，具有廣泛應(yīng)用，在整個生長過程中的任何時刻都只有一部分原料被熔融，熔區(qū)由表面張力支撐，故又稱“浮區(qū)法”。所用原料一般先制成燒結(jié)棒。將燒結(jié)棒用兩個卡盤固定并垂直安放在保溫管內(nèi)。利用高頻線圈或聚焦紅外線加熱燒結(jié)棒的局部，使熔區(qū)從一端逐漸移至另一端以完成結(jié)晶過程。該方法不需要坩堝，生長出的晶體質(zhì)量高，常用于材料的物理提純，也用于生長晶體?？缮a(chǎn)剛玉、YAG及白鎢礦等寶石材料。生長的晶體可含有氣泡和未熔粉末。此方法具有廣泛的工業(yè)前景，希望此動畫能給讀者對區(qū)域熔煉具有直觀的認(rèn)識。
