晶体生长三维实时观察技术研究

最近建立一套用干晶体三维实时观察的装置,主要分为光学观察部分,晶体生长部分,结果处理部分．采用二目观察法记录晶体生长和流体运动．设计并制造适于Ｂｒｉｄｇｍａｎ法晶体生长的生长炉和坩埚．初步观察到ＮａＮＯ_３晶体的固液界面形貌,并通过图像处理软件还原为三维真实图像．     

用于高温光学实时观察的磁场装置

最近在我们实验室里建立了一套加磁场高温光学实时观察装置．作为磁场发生器的电磁铁,在发热体中心最高可产生0.14T的侧向磁场．运用这套加磁场实时观察装置,能有效地阻抑KNbO₃熔体内的重力对流,减少界面边界层厚度．     

高温氧化物熔体中表面张力对流效应研究实验

利用高温实时光学观察方法,实时地观察了高温氧化物熔体中的表面张力对流效应．稳态的热毛细对流流线呈轴对称形式,非稳态的热毛细涡流运动伴随熔液温度呈周期性变化,同时还观察到另一种由熔体自由表面的弯月面曲率的变化引起的非稳态的热毛细对流现象．最后测定了相对熔液温度下非稳态热毛细对流的振荡频率．     

晶体生长的边界层效应—兼论光学实时观察法晶体生长技术

晶体生长边界层模型起源于流体动力学边界层模型，但两者又不完全相同．晶体生长边界层模型有两方面的含义：（1）在固-液界面处的、垂直于界面的、由杂质和组份构成的质量流决定晶体生长速度；（2）在界面附加溶液一侧的质量浓度流，其浓度分布是决定界面稳定性的基本参数．特征扩散长度是表征垂直于界面的质量流的一个重要参数．对熔体晶体生长而言，理论估计此值在0．04～0．4cm之间．光学实时观察法晶体生长技术是一种研究晶体生长过程的新颖方法．它能有效地区分扩散-平流和扩散-对流两种不同的生长状态，其实验测得的KNbO3熔体生长的特征扩散长度值为0．01～0．1cm之间．应用此方法实时观察到胞状结构的形成和发展，也证实了界面附近的质量浓度流是决定界面稳定性的一个重要参数．     

晶体生长实时观测技术研究进展

综述了近些年来晶体生长过程中实时观测技术的方法和内容,主要包括显微镜观测和光学干涉法观测;展望了实时观测方法的未来发展方向.     

空间与地面高温氧化物熔体中的温度分布

使用直径为2.5mm的铂坩埚，在地面和空间进行了四硼酸锂（LBO）晶体材料的融解结晶实验，测量了高温熔体内的温度分布，在简化条件下根据热传输方程和扩散方程求得的计算值与实验值基本一致，在地面熔体内温度分布的变化较大，在空间环境中熔体内温度分布趋于平稳，在两种状态下熔体内同一位置的温度偏差不超过8℃。     

晶体生长的边界层效应—兼论光学实时观察法晶体生长技术

晶体生长边界层模型起源于流体动力学边界层模型，但两者又不完全相同，晶全生长边界层模型有两方面的含义：（１）在固－液界面处的、垂直于界面的，由杂质和组份构成的质量流决定晶体生长速度；（２）在界面附加溶度一侧的质量浓度流，其浓度分布是决定界面稳定性的基本参数。     

熔体过热处理技术及其在镍基高温合金中的应用研究进展

镍基高温合金是先进航空发动机高温叶片不可或缺的关键核心材料,目前通过合金化来提高其承温能力已趋于极限。研究表明,材料熔体结构对合金凝固过程、凝固组织、性能以及成形质量具有重要的影响。熔体结构的变化能够直接导致熔体特性发生改变,进而对性能产生影响,然而在实际合金的制备过程中,熔体结构的作用通常被忽略。熔体过热处理技术通过利用合金熔体的遗传效应,将高温熔体的结构保留到低温熔体,从而大幅提高合金性能。系统介绍了熔体过热的原理、主要处理技术以及如何通过X射线衍射和物性参数测量来确定熔体过热处理参数,重点介绍了熔体过热处理技术在优化高温合金凝固组织和提升性能方面的应用,最后提出了熔体过热处理技术发展的方向和面临的挑战。     

高温熔体表面张力在双辊连铸中的作用

介绍了高温熔体表面张力的影响因素及其测量方法,分析了表面张力与熔体凝固的关系,以及表面张力在铸造和双辊连铸中的作用,指出了开展高温熔体表面现象的深入研究有着重大的意义.     

三维单螺杆熔体输送理论与有关问题研究

提出了简化的准三维模型 ,由于实际螺槽内物料性能变化使模型的数值求解很难 ,因此采用沿流方向逐步计算的有限元法数值求解。解出了螺槽内三维温度场和速度场 ,压力曲线 ,剪切速率等。比较非牛顿流体的实验结果与模型计算结果 ,二者吻合很好。此外由计算结果发现在流道横截面内存在强烈的环流 ,而只有三维模型才反映了这种环流影响 ,进一步证实三维模型研究是必要的。     

粉末冶金烧结工艺研究中的原位观察法

通过自行改制的高温光学显微镜.使粉末冶金烧结工艺研究中应用原位观察法成为可能.介绍了高温光学显微镜的构成及功能、原位观察法对试样的要求及金相试样的特殊制作方法,为材料试验及检测提供了新思路.     

铅基弛豫铁电单晶体的生长技术

铅基弛豫铁电单晶体由于其优异的压电性能在机电换能领域具有广泛的应用前景.介绍了铅基弛豫铁电单晶体生长技术的研究进展,比较了不同生长技术的优缺点,指出了目前晶体生长中出现的问题,并展望了其研究方向.     

利用原位观察技术测定TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值

针对目前金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定中存在的测定周期长、试样尺寸较大以及单位周次裂纹扩展长度测量误差较大等问题,采用扫描电镜原位观察技术测定了TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值,即通过扫描电镜对裂纹扩展长度的实时精确测定实现快速获得材料的疲劳裂纹扩展门槛值。结果表明：利用该方法测得的TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与已报道的数据基本一致,并且具有快速简便等优点,表明该方法可以用来测定金属材料的疲劳裂纹扩展门槛值。     

对流作用下胞晶侧向生长实时观察

对透明模型合金的晶体生长过程进行实时观测, 是研究晶体凝固过程的有效手段, 对认识晶体组成结构形成机理及控制金属组织结构具有重要的意义. 采用自行设计的定向晶体生长室和观察测量装置, 在不同的晶体生长速度下, 对丁二腈-5wt%乙醇透明模型合金定向凝固的界面生长形态进行了实时观测研究. 实验发现, 由于重力对流和微对流机制对晶体生长过程的影响, 使得胞晶在生长过程中有明显顺流偏转现象.     

熔体内重力对流速度场的实验研究及其理论分析

应用最近开发的高温光学实时观察法研究了铌酸钾熔体的重力对流现象．通过加热直径为2．5mm的圆环形坩埚,形成厚度为0．2mm的圆形KNbO₃熔液．实验测量了熔体内温度和流体速度的分布,并从理论上对速度场的分布给出了定量分析．     

重力对流效应与晶体生长

本文应用高温实时观察法显示了二种对流状态：扩散一平流状态和扩散-重力对流状态,并测出它们的特征扩散长度为0.01～0.1cm．通过晶体旋转生长,计算了质量、热量和动量变换区厚度,数值分别为7．5×10^-3Cm;86×10^－2cm和44×10^－1.