Fonte: Sina Shahbazmohamadi e Peiman Shahbeigi-Roodposhti-Roodposhti, School of Engineering, Università del Connecticut, Storrs, CT

La fusione della zona di solidificazione direzionale è un processo metallurgico in cui viene fusa una regione ristretta di un cristallo (di solito sotto forma di barra). Il forno si muove lungo il campione a forma di asta, il che significa che la zona fusa viene spostata lungo il cristallo e la zona fusa viene spostata da un'estremità della barra all'altra. Questo meccanismo è ampiamente usato nelle leghe, tuttavia gli atomi di soluto tendono a segregarsi alla fusione. In questo tipo di lega, le impurità si concentrano anche nel fuso e si spostano su un'estremità del campione insieme alla zona fusa in movimento. Pertanto, la fusione a zone viene utilizzata più ampiamente per la raffinazione di materiali commerciali. Fig. 1. mostra come la zona fusa ad alta impurità si sposta da un lato all'altro della barra. L'asse verticale è la concentrazione di impurità e l'asse orizzontale è la lunghezza del campione. A causa della tendenza delle impurità a segregarsi nella regione fusa, la sua concentrazione nel fuso è superiore a quella nel solido. Pertanto, poiché i materiali fusi viaggiano fino alla fine della barra, l'impurità verrà trasportata all'estremità della barra e lascerà dietro di sé il materiale solido ad alta purezza.

Figura 1: Schema del cambiamento di composizione durante la solidificazione direzionale della fusione a zona.

In questo studio, un apparato di solidificazione direzionale di fusione a zona sarà impiegato per sintetizzare strutture stabili di leghe Pb-Cd.

1. Inserire una termocoppia in cromo-alumel da 100 μm (in un tubo di protezione in mullite a doppio foro da 0,1 cm) in un tubo Pyrex da 8 mm di diametro esterno. La lunghezza del tubo dovrebbe essere di circa 30 cm. La punta della termocoppia deve essere rivestita con un impasto di nitruro di boro.
2. Formare barre della composizione desiderata fondendo prima la lega in un crogiolo e trafilando la lega fusa nel tubo Pyrex per mezzo di un vuoto parziale. Per questo, utilizzare una lampadina attaccata all'estremità del tubo Pyrex per

Le Fig. 5 e 6 mostrano le microstrutture sviluppate dalla solidificazione della fusione della zona direzionale della lega Pb-55Cd rivelata al microscopio ottico, a due diversi rapporti G/V (G: gradiente termico, V: velocità del movimento del forno lungo il tubo di Pyrex).

A basso rapporto (G/V=1,03×10⁶ (^oC.Sec/Cm²)) la microstruttura era costituita da dendriti ramificati di fase α nella matri...

Questo esperimento dimostra di impiegare un tipo specifico di forno di solidificazione direzionale di congelamento a fusione a zona per sviluppare microstrutture stabili. A differenza della microstruttura instabile bifase che non è in equilibrio a temperatura ambiente e la struttura degrada in un periodo di mesi per diffusione a temperatura ambiente, la struttura monofase ottenuta in campione coltivato non subisce alcun cambiamento.

Il campione con fasi stabili, sviluppato dal forno menzion.