Solidification directionnelle et stabilisation de phase

Source: Sina Shahbazmohamadi et Peiman Shahbeigi-Roodposhti-Roodposhti, School of Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT

La fusion de la zone de solidification directionnelle est un processus métallurgique dans lequel une région étroite d'un cristal (généralement sous forme de barre) est fondue. Le four se déplace le long de l'échantillon de forme de tige, ce qui signifie que la zone fondue est déplacée le long du cristal et la zone fondue est déplacée d'une extrémité de la barre à l'autre. Ce mécanisme est largement utilisé dans les alliages, mais les atomes solutés ont tendance à se séparer de la fonte. Dans ce type d'alliage, les impuretés se concentrent également dans la fonte, et se déplacent à une extrémité de l'échantillon avec la zone en fusion mobile. Par conséquent, la fonte des zones est utilisée le plus largement pour le raffinage des matériaux commerciaux. Fig. 1. montre comment la zone fondue à haute impureté se déplace d'un côté de la barre à l'autre. L'axe vertical est la concentration d'impureté et l'axe horizontal est la longueur de l'échantillon. En raison de la tendance des impuretés à se séparer de la région en fusion, sa concentration dans la fonte est plus élevée que dans le solide. Par conséquent, comme les matériaux en fusion voyagent à la fin de la barre, l'impureté sera transportée à la fin de la barre et laisser la matière solide de haute pureté derrière elle.

Figure 1 : Schéma de la composition change lors de la solidification directionnelle de fusion de zone.

Dans cette étude, un appareil de solidification directionnelle de fusion de zone sera employé pour synthétiser des structures stables des alliages de Pb-Cd.

1. Insérer un thermocouple chromé-alumel de 100 m (dans un tube de protection à double glète à double perfore de 0,1 cm) dans un tube Pyrex de 8 mm de diamètre extérieur. La longueur du tube doit être d'environ 30 cm. La pointe du thermocouple doit être recouverte d'une boue de nitride de bore.
2. Formez des tiges de la composition désirée en faisant d'abord fondre l'alliage dans un creuset, et en tirant l'alliage fondu dans le tube de Pyrex au moyen d'un vide partiel. Pour cela, utilisez une ampoule fixée à l'extrémité du tube Pyre

Les figues 5 et 6 montrent les microstructures développées à partir de la solidification de fusion de zone directionnelle de l'alliage Pb-55Cd révélé par le microscope optique, à deux rapports G/V différents (G : gradient thermique, V : vitesse du mouvement du four le long du tube pyrex).

À faible ratio (G/V-1,03-10⁶ (^oC.Sec/Cm²)), la microstructure se composait de dendrites ramifiées d...

Cette expérience démontre l'utilisation d'un type spécifique de four de solidification directionnelle de congélation de la zone pour développer des microstructures stables. Contrairement à la microstructure instable à deux phases qui n'est pas en équilibre à température ambiante et la structure se dégrade sur une période de plusieurs mois par diffusion à température ambiante, la structure d'une seule phase obtenue dans l'échantillon cultivé ne subit aucun changement.

L'échanti...