材料成形原理（第3版）第6章.pptVIP

（2）单晶生长 根据熔区的特点分为正常凝固法和区熔法。 1） 正常凝固法 有坩埚移动、炉体移动及晶体提拉等单向凝固方法 或将“籽晶”放在坩埚底部，当坩埚向下移动时，“籽晶”处开始结晶，随着固—液界面移动，单晶不断长大。 主要缺点是晶体和坩埚壁接触，容易产生应力或寄生成核 图 坩埚移动单向凝固示意图  a）垂直式 b）水平式 图 自生粒晶法生产单晶叶片1-铸件 2-选晶段 3-起始段 图2-42 选晶段示意图 通过x、y、z三个方向选晶，从而确保一个柱晶顺利进入铸件 图 晶体提拉示意图 （3） 区域提纯 区域熔化是获得超纯材料的极有效的手段，由于区域熔化的发明，才出现了半导体工业。 当正常凝固，固—液界面前沿加强搅拌时，可以使试样的起始凝固端的纯度提高，而整个试样溶质分布是极不均匀的。 图 区熔的溶质分布a）凝固过程中 b）凝固之后 第六章　特殊条件下的凝固 主编：吴树森，柳玉起 （华中科技大学材料学院） 机械工业出版社 §6-1 压力下金属的凝固 一、压力对金属物性参数的影响 1、熔点：劳修斯—克拉伯龙方程（Clausius-Clapeyron Equation）描述金属熔点与凝固压力之间的关系 P—压力，MPa； Tm—金属或合金的熔点, K； 、 —单位质量的液相和固相金属的体积，cm3/g； —单位质量金属的熔化潜热，J/g。 图6-1 ?在压力不太高的情况下，金属的熔点与压力呈直线关系。 ?Al-Si共晶合金，按式计算的合金熔点随压力的变化值为(2.6~3.0)×10-2℃/MPa；用Al-12%Si共晶合金在325MPa下，测定其熔点的升高为11-12℃。 ?Fe-C系共晶合金，加压使Fe-C石墨合金共晶点温度下降，按式计算为-2.34×10-2℃/MPa；加压使Fe-Fe3C合金共晶点温度上升，按式计算值为4×10-2℃/MPa。 图6-2 二、压力对合金状态图的影响 对结晶时体积收缩的金属与合金，增加压力，均减小临界晶核尺寸和形核功，有利于形核。 压力增加，使熔点上升，在浇注温度等条件不变时，相应地增加了结晶过冷度，因此，晶体长大速度R提高。 快速凝固是指液态金属以105～1010 K/s的冷速进行凝固的液态急冷技术。 快速凝固定义为：由液相到固相的相变过程非常快，从而获得普通铸件或铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的过程。 快速凝固过程抑制了各种传输现象，凝固偏离平衡，经典凝固理论中假设的许多平衡条件不再适应，成为材料凝固学研究的一个特殊领域。 §６－3 快速凝固 （说明：§６－2已在第4章中讲解！） 1、快速凝固的条件 实现液态金属快速凝固的最重要条件，是要求液/固相变时有极高的热导出速度。 如果依靠辐射散热，对于直径为1μm，温度为1000℃的金属液滴，获得的极限冷却速率只有103K/s，可见冷却速度不高； 通过对流传热，将导热良好的氢或氦以高速流过厚度为5μm的试样，获得的极限冷速为1×104~2×104 K/s； 要获得高于105 K/s的冷速，只能借助于热传导。 用急冷凝固方法获得高的凝固速率的条件是： (1)减少单位时间内金属凝固时的产生的结晶潜热。 (2)提高凝固过程中的传热速度. 途径? （1）模冷技术 2、急冷凝固技术及特点 单向凝固速率与导热条件的关系δ－ 凝固层厚度 Ti－铸件/铸型界面温度 TK－ 凝固界面温度 图 双辊法快速凝固技术的基本原理1一带材2－合金液流3－加热炉 4一坩埚5一漏出孔6－双辊 通常生产几十微米厚的薄带 图 单辊法复合层快速凝固过程原理图1－单辊 2－合金液1 3一坩埚1 4－坩埚2 5－合金液26－感应加热线圈 7一复合层带材 通常生产几十微米厚的薄带 （2）雾化技术 1）气体雾化法，工作原理如图 所示。 熔化的合金液浇入漏包中经过喷嘴雾化并在雾化室中进一步破碎、凝固，最后在收集室中收集。 雾化气体进人排气管，经过滤后排出或循环使用。 高速气流的主要作用是使液态金属雾化成细小的颗粒。 雾化气体可采用空气、氮气、氩气或氦气等，为了避免合金的氧化污染，通常采用保护性气氛，特别是氩气进行气体雾化。 图 气体雾化设备工作原理图1一 细粉 2一 气体 3一 气源 4－ 合金液 5一真空感应加热器6一 喷嘴 7 — 雾化室 8一 收集室 9一 粉末 喷射沉积法可根据制件的需要设计基板的形状和尺寸，从而获得最终制件或近终形制件，因此更容易实现工业化生产。 该技术是由英国Swansee大学singer于70年代发明的，并很快在Osprey金属有限公司实现工业化生产，目前已经在许