定向凝固法制备YBC超导体的若干材料学问题

讨论了定向凝固法制备YBCO超导体涉及的包晶转变与包晶反应，成分过冷，扩散控制生长模型，界面效应及定向凝固YBCO生长晶体学等问题。     

冶金硅定向凝固法制备太阳能级多晶硅及其微观组织与位错(英文)

以冶金硅为原料,探索采用具有高温度梯度的真空定向凝固技术制备低成本太阳能级多晶硅,并研究其在不同生长条件下的微观组织特征、晶界与晶粒大小、固液界面形貌以及位错结构。结果表明,当凝固速率低于60μm/s时,能获得具有高密度和良好取向的定向凝固多晶硅棒状试样,硅晶粒大小随凝固速率的增大而减小;在控制凝固过程,获得平的固液界面形貌是获得沿凝固方向排列柱状晶的关键;由于硅的小平面生长特性,微观组织中出现了位错生长台阶和孪晶结构;在晶粒中,位错分布呈现不均匀性,并且位错密度随凝固速率的增加而增加;在此基础上,讨论了多晶硅的生长行为以及位错形成机制。     

超声作用下模型合金的定向凝固行为

以模型合金丁二腈-5%乙醇为试验对象,研究了定向凝固过程中施加超声振动对固/液界面形貌动态演化过程的影响.结果表明,超声场可抑制定向凝固的速度,使界面形态钝化;超声施加与去除,致使界面凸起增多,晶粒细化;超声作用使熔体中产生气泡,气泡的增大、合并和崩溃引起形核增多,从而细化晶粒.     

定向凝固DZ4125柱晶高温合金晶粒生长过程组织演化及其竞争生长研究

采用Bridgman定向凝固方法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为。结果表明,随着生长高度的增加,固液界面处温度梯度逐渐降低,一次枝晶间距增加。同时,γ′相尺寸随着生长高度的增加逐渐减小,且γ′相形貌由不规则的蝴蝶状向立方体状、近圆状转变。γ+γ′共晶组织和碳化物大多分布在枝晶间区域,且含量随着生长高度的增加逐渐增加。此外,由于定向凝固过程中晶粒的竞争生长,随着生长高度的增加柱状晶数量明显减少;在具有凸固液界面生长条件下晶粒表现为向近炉壁侧倾斜发散生长。     

高温超导YBCO的定向凝固

讨论了YBCO高温超导体定向凝固中所涉及的包晶反应、界面稳定性及其形态控制、凝固取向和晶向控制等问题。并提出了定向凝固中应该注意的问题。     

凝固速率对Nb-Ti-Si基合金整体定向凝固组织及固/液界面形态的影响

在2050℃的熔体温度下,在自行研制的定向凝固炉内实现了Nb-Ti-Si-Cr-Hf-Al-B-Y超高温合金的有坩埚整体定向凝固.采用XRD,SEM,EDS等方法分析了凝固速率分别为2.5,5,10,20,50和100μm/s时的整体定向凝固组织、组成相的择优取向及固/液界面形貌,并讨论了其共晶生长机制.结果表明:合金的定向凝固组织主要由沿着试棒轴向排列的横截面为多边形的柱状初生(Nb,X)_5Si_3(X=Ti,Hf,Cr)相与耦合生长的层片状Nbss/(Nb,X)_5Si_3共晶团(Nbss表示铌基固溶体)组成.横截面上共晶胞界明显.当凝固速率由2.5μm/s变化到100μm/s时,定向凝固组织细化,固/液界面经历粗胞状→细胞状→胞枝的演化过程.Nbss/(Nb,X)_5Si_3共晶两相较低的熔化熵及其前沿较大的动力学过冷度是形成规则共晶的主要原因.     

Tb0．27Dy0．73Fe1．95合金定向凝固时的固液界面形貌与择优取向

在自制的超高温度梯度定向凝固装置中,通过对Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固条件和固液界面形貌及晶体生长取向间的关系进行分析,发现Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固时发生胞枝转变的的凝固条件为GL/V值介于9.60×102K.s/mm2～10.45×102K·s/mm2之间.固液界面形貌与晶体取向间有明显的对应关系,固液界面形貌为胞状晶或无侧向分枝的树枝晶时其择优取向为〈110〉,结晶形貌为树枝晶时其择优生长方向为〈112〉,而在胞-枝转变区晶体为〈110〉,〈112〉,〈113〉等多种取向的混合.当Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金以较低的晶体生长速率定向凝固时易产生〈110〉择优生长方向,并且产生〈110〉择优生长方向时的晶体生长速率范围随温度梯度的增加而扩大.     

有织构YBCO超导体的微结构与特性

报导了用熔融定向凝固工艺制备的有织构YBCO超导体的微结构变化及其特性。将YBCO坯料加热到1050—1120℃,分解成Y_2BaCuO_5(211)和液相(Ba-Cu-O),然后在50℃/cm的温度梯度下,慢速移动样品重新合成YBCO超导体。X光衍射结果证实,熔融样品具有较强的c轴织构。扫描电镜观察表明,熔融后晶粒形貌发生了显著变化:YBCO晶粒由原烧结块材的随机排列变为一致取向或局部取向排列的片状组织。熔融样品的J_c(77K,0T,>10000 A/cm~2)值比烧结块材J_c(750A/cm~2)值提高近两个数量级,在1T(H⊥I_c)下,J_c值达5790 A/cm~2。而且J_c随磁场增加而下降的趋势变平缓。     

抽拉速率对Ti-47Al-3Nb-0.3Si定向凝固组织的影响

采用电阻加热定向凝固炉对Ti-47Al-3Nb-0.3Si合金在抽拉速率为5、15、50、100 μm/s下进行定向凝固试验,并观察和分析不同抽拉速率下的固液界面形貌、过渡区和定向生长区凝固组织.结果表明,抽拉速率为5 μm/s时,固/液界面以胞状界面向前推进,抽拉速率在15～100 μm/s时,固/液界面以树枝状向前推进,且随着抽拉速率的增大,一次枝晶间距减小.当抽拉速率为5～50 μm/s时,片层组织与生长方向夹角为45°,当抽拉速率增加到100μm/s时,片层组织与生长方向基本垂直.利用扫描电镜背散射观察定向生长区形貌发现,抽拉速率等于或大于15 μm/s时,在柱状晶内部或晶界处形成胞状Al偏析,且出现共晶γ相及Ti5(Si,Al)3相.     

金属近快速定向凝固过程的数值模拟

从非稳态传热角度并按照柱坐标系中二维传热方式对Bridgman装置中Al柱状试样近快速定向凝固过程进行了数值模拟,分析了试样在近快速定向凝固过程中液固界面前沿的温度梯度和生长速度随试样抽拉速度的变化规律.计算结果表明:在30～3 000 μm/s的抽拉速度范围,随着抽拉速度的提高,液固界面前沿的温度梯度在(145士l0)K/cm范围变化,生长速度与抽拉速度的差别不超过5%.研究结果为实验研究近快速定向凝固组织形态转变提供了可靠的控制参数依据.     

不同制备方法对单晶高温合金取向特征的影响

在高温度梯度定向凝固炉中分别采用选晶法和籽晶法制备单晶高温合金,并采用XRD测定单晶的取向特征。结果表明,采用选晶法制备单晶高温合金时,在激冷板上随机形核的晶粒经过起晶段的竞争生长和螺旋段的选晶作用后,最终获得具有择优取向<001>的单晶。采用籽晶法制备单晶高温合金时,通过重熔籽晶的外延生长,所获得的单晶取向与籽晶取向保持一致。     

一种柱状晶辅助选晶制备镍基单晶高温合金的方法

提出了一种采用柱状晶辅助选晶的制备镍基单晶高温合金的方法。采用金相显微镜和电子背散射衍射（EBSD）等方法表征了单晶制备过程中显微组织及晶体取向。结果表明:柱状晶部分熔化,柱状晶边缘回熔界面附近形成大量杂晶,但只有<001>方向偏离定向凝固方向较小的晶粒能够长大。采用柱状晶选晶的方法能够在螺旋选晶器出口处获得<001>方向偏离定向凝固方向小于8°的单晶铸件。     

限制定向凝固法制备YBCO超导体单畴生长的分析

采用定向凝固技术可获得高临界电流密度的YBCO样品。本文研究了YBCO试样在定向凝固过程的融化生长阶段所出现的停止生长现象，并分析了YBCO块材生长前沿的形态和化学成分。结果表明：当生长前沿液相中Y和Ba消耗殆尽而富Cu时，YBCO晶体的生长就会停止；为连续生长具有一定取向的YBCO样品或大块YBCO超导体，需要将融化生长过程中生长前沿的液相成分调整为富Y和Ba的成分。     

Analysis of Competitive Growth Mechanism of Stray Grains of Single Crystal Superalloys during Directional Solidification Process

在高梯度定向凝固装置中采用枝晶方向与热流偏离的籽晶制备AM3晶体,分析晶体生长过程中杂晶的形核原理和不同晶粒的竞争淘汰机制。结果表明,枝晶方向与热流偏离造成的过冷可促使杂晶的形成。枝晶生长方向与热流偏离较大的晶粒在一定条件下可淘汰枝晶方向与热流接近的晶粒;晶粒的竞争与淘汰过程受晶粒间枝晶的相对位向、晶粒生长方向与热流方向的夹角大小、晶粒的晶体取向等因素有关。     

Solidification characteristics of near rapid and supercooling directional solidification

1INTRODUCTIONTraditionalD.S.,suchasHRS,LMCandzonemeltingliquidmetalcoolingD.S.tech-niquesareconductedwithatemperaturegradientGL>0attheheadofS-Linterface,andcanob-tainafineorsuperfinedendriticmicrostructure.Intherecentyears,withthedevel0pmentofdeepsupercoolingandsupercoolings0lidificationtechniquethesolidificationbehaviorofmeltun-dersupercooledstatewithGL>0attheS-Lin-terface,hascausedgreatattentions.Intheearly1980s,L..[l]investigatedthedynamicsuper-coolingsolidification0fsuperalloys…     

激光区熔定向凝固Gd5Ge4合金的相选择与组织特征

对具有包晶反应的Gd5Ge4金属间化合物进行激光区熔快速定向凝固实验,研究了Gd基磁致冷材料激光快速定向凝固过程中的相选择机制和显微组织特征.结果表明,激光区熔快速定向凝固后的Gd5Ge4合金具有明显的择优取向,合金在激光快凝条件下同时发生非晶化现象.GdsGe4合金定向凝固组织的片层间距随激光扫描速率的增加而减小,合金的凝固组织特征和激光扫描速率的关系符合J-H模型.     

薄板试样定向凝固枝晶竞争生长

深入理解高温合金定向凝固杂晶演化具有重要的科学和工程意义,其中枝晶竞争生长是揭示晶界演化与淘汰的关键环节。定向凝固双晶竞争生长的实验研究证实了传统尖端过冷度理论的局限性,定量相场模拟的研究获得了大量统计规律,促进了人们对定向凝固双晶竞争生长的理解。本研究在薄板状试样的定向凝固过程中,同时获得了大量的不同取向竞争生长的枝晶,通过拼接金相显微组织同时获得多个晶界的取向演化规律。结果表明,枝晶列竞争生长主要通过晶界两侧不同取向一次枝晶臂及二次枝晶臂的交互作用实现。在汇聚生长过程中,择优枝晶一次臂阻挡非择优枝晶,并且择优枝晶自身无法形成三次臂,导致晶界方向沿择优枝晶生长方向。发散生长过程中,处于温度梯度方向一侧时,两列枝晶的竞争生长方式以非择优枝晶新生三次臂为主,晶界以沿择优枝晶方向生长为主;当两列枝晶处于温度梯度不同侧时,两列枝晶均有三次臂新生的概率,其晶界在两列枝晶取向之间。实验统计结果给出了晶界随两列竞争生长枝晶的取向的变化规律,与定量相场模拟结果吻合。商业软件ProCAST的CAFE计算晶粒定向竞争生长晶界演化统计结果与实验结果存在较大偏差,其主要原因是CAFE仅给出晶粒尺度的轮廓信息,未考虑溶质扩散及二次臂的竞争。本研究获得的薄板状试样枝晶竞争生长的统计规律,对认识高温合金定向凝固过程中晶界取向的演化具有重要的意义,对柱状晶叶片的制备具有指导意义。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。