Quelle: Sina Shahbazmohamadi und Peiman Shahbeigi-Roodposhti-Roodposhti, School of Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT

Richtungsweiseer Erstarrungszonenschmelzen ist ein metallurgischer Prozess, bei dem ein schmaler Bereich eines Kristalls (in der Regel in Form von bar) geschmolzen wird. Der Ofen bewegt sich entlang der Stabformprobe, was bedeutet, dass die geschmolzene Zone entlang des Kristalls bewegt wird und die geschmolzene Zone von einem Ende des Balkens zum anderen verschoben wird. Dieser Mechanismus ist weit verbreitet in Legierungen verwendet, jedoch ungelöste Atome neigen dazu, sich von der Schmelze zu trennen. Bei dieser Art von Legierung konzentrieren sich die Verunreinigungen auch in der Schmelze und bewegen sich zusammen mit der beweglichen geschmolzenen Zone an ein Ende der Probe. Daher wird das Zonenschmelzen am umfangreichsten für die Veredelung von kommerziellen Materialien verwendet. Abb. 1. zeigt, wie sich die hochunreine geschmolzene Zone von einer Seite der Bar zur anderen bewegt. Die vertikale Achse ist die Verunreinigungskonzentration und die horizontale Achse die Probenlänge. Aufgrund der Tendenz, dass sich Verunreinigungen in den geschmolzenen Bereich ablagern, ist ihre Konzentration in der Schmelze höher als im Feststoff. Wenn also die geschmolzenen Materialien bis ans Ende der Stange wandern, wird die Verunreinigung bis ans Ende der Stange transportiert und das hochreine festes Material hinter sich gelassen.

Abbildung 1: Schematische Änderung der Zusammensetzung während der Zonenschmelzrichtungserstarrung.

In dieser Studie wird ein Zonenschmelz-Richtungserstarrungsapparat eingesetzt, um stabile Strukturen von Pb-Cd-Legierungen zu synthetisieren.

1. Legen Sie ein 100 m Chromalalumel-Thermoelement (in einem 0,1 cm Doppelbohrungsmullschutzrohr) in ein Pyrex-Rohr mit Außendurchmesser mit 8 mm Außendurchmesser ein. Die Rohrlänge sollte etwa 30 cm betragen. Die Thermoelementspitze sollte mit einer Bornitridschlämme beschichtet werden.
2. Formen Sie Stäbe der gewünschten Zusammensetzung, indem Sie zuerst die Legierung in einem Tiegel schmelzen und die geschmolzene Legierung mittels eines Teilvakuums in das Pyrex-Rohr ziehen. Verwenden Sie dazu eine Glühbirne, die am Ende des Pyrex

Abb. 5 und 6 zeigen die Mikrostrukturen, die aus der Richtungszonenschmelzerung der Pb-55Cd-Legierung entwickelt wurden, die durch ein optisches Mikroskop bei zwei unterschiedlichen G/V-Verhältnissen aufgedeckt wurde (G: thermischer Gradient, V: Geschwindigkeit der Ofenbewegung entlang des Pyrex-Rohrs).

Bei niedrigem Verhältnis (G/V=1,03-10⁶ (^oC.Sec/Cm²)) bestand die Mikrostruktur aus verzweigt..

Dieses Experiment zeigt, dass eine bestimmte Art von Zonenschmelz-Gefrierrichtungserstarrungsofen verwendet wird, um stabile Mikrostrukturen zu entwickeln. Im Gegensatz zur zweiphasigen instabilen Mikrostruktur, die bei Raumtemperatur nicht im Gleichgewicht ist und die Struktur über einen Zeitraum von Monaten durch Diffusion bei Raumtemperatur abgebaut wird, wird die einphasige Struktur, die in der angebauten Probe erhalten wird, nicht verändert.

Probe mit stabilen Phasen, die von den genann..