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第5篇 材料制备新技术;第11章 快速凝固(Rapid Solidification) ;11.2 快速凝固的基本原理
1.快速凝固的根本条件
凝固时的液-固界面前沿存在大的过冷度。
过冷度↑——相变驱动力↑——凝固速度↑
见图14-1,图14-2
2.实现快速凝固的基本途径
快速冷却——动力学
抑制形核——热力学
(14-1)
式中: ——异质形核激活能; ——异质形核激活能; ——润湿角 ;11.3 快速凝固工艺;1. 深过冷方法
1.实质:通过抑制液态金属的非均质形核,使其在热力学上达到较高的过冷度,从而实现液态金属快速凝固的工艺。
30年代的研究认为均质形核的临界过冷度约为0.2Tm。
Ge的过冷度达0.58Tm。理论分析认为均质形核过冷度应为2/3Tm。
2.工艺分类
1)循环过热净化:“加热熔化——过热保温——冷却”的热循环过程
2) 熔融玻璃净化:玻璃的粘性吸附和化学反应
3) 电磁悬浮凝固:免除了坩埚壁的污染及形核衬底作用
4)微重力凝固:消除重力对形核影响,如太空
5) 落管法:微重力凝固和无坩埚凝固的双重特征;2. 雾化法
1.概念:通过击碎液态金属,形成高度弥散的液珠并凝固。
2.原理:快速冷却+深过冷
3.工艺分类:参见第9章;3 .液态金属快淬法
a. 单辊法
1)原理,图14-3所示.
2)特点
冷速高:约106K/s
设备简单
容易控制:t∝QA·υ-B
其中t-条带厚度;Q-气体流量;v-单辊转速;A,B-常数
3)产品:条带;b.双辊法
1)原理,图14-4所示。
2)特点
冷速大约在105K/s
可制异形带材
3)产品:薄带或粉末;c. 锤砧法
1)原理,图14-5所示。
2)特点
冷速可达105~106K/s
薄片厚度大
不方便;d. 液体沾出法
1)原理,图14-6所示。
2)特点
无需喷嘴
适应性强
冷速:104K/s
3)产品:粉
e.其他
液体拉丝法、悬挂法、枪法等。;4.原位熔化法
a.原理,图14-7所示。
b.特点
冷速极高
表面处理;11.4 快速凝固合金的组织与结构特征;1. 形成过饱和固溶体
(14-3)
式中 —随温度变化的平衡溶质分配系数;
,溶质截留动力学参数,其中 为与原子间距有关的常数,
为原子在液固界面的扩散系数;
—枝晶生长速度。随生长速度 的增加, K 值趋近于1。
(14-4)
式中: —发生溶质全部截留所需的临界凝固速率;
—溶质在液相中的扩散系数;
—原子跳跃距离。
当, ,溶质全部截留。;2.超细的晶粒度
(14-5)
式中: D—枝晶间距;
V—凝固速率;
A—常数,大于1。
3. 极少偏析或无偏析
|1-K|称为偏析系数
;
;4. 形成亚稳相
Al-22.44Mn-17.15Si准晶;
非晶态合金(金属玻璃)
5. 高的点缺陷密度
;11.5 快速凝固技术的应用;本章重点;第12章 溶胶-凝胶法;二.溶胶-凝胶法过程及原理;3.主要工艺因素
1)加水量
加水量增加,线性结构 高交联度结构
2)pH值
酸性:线性结构
碱性:高交联度结构
pH值太高,易形成沉淀
3)醇盐种类及浓度
种类不同,水解、缩聚速度不同
浓度决定碰撞几率
4)水解温度:温度高,反应快。
三.溶胶-凝胶技术的应用
可制备各类材料??薄膜。
本章重点:基本概念,基本反应;纳米银抗菌凝胶
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