定向凝固和相位稳定

资料来源：西娜·沙赫巴兹莫哈马迪和佩曼·沙赫贝吉-鲁德波什蒂-鲁德波什蒂，康涅狄格大学工程学院，斯托尔斯，CT

定向凝固区熔化是一种冶金过程，其中晶体的狭窄区域（通常以棒状形式）熔化。炉子沿着杆形样品移动，这意味着熔融区沿晶体移动，熔融区从杆的一端移动到另一端。这种机制在合金中广泛使用，然而溶质原子往往与熔体分离。在这种类型的合金中，杂质也集中在熔体中，并随移动熔融区一起移动到样品的一端。因此，区域熔融最广泛地用于商业材料精炼。图1.显示了高杂质熔融区如何从条形的一侧移动到另一侧。垂直轴是杂质浓度，水平轴是样品长度。由于杂质容易分离到熔融区域，其熔体中的浓度高于固体。因此，当熔融材料到达棒的末端时，杂质将被输送到棒的末端，并将高纯度固体材料留在其后面。

图1：区域熔融方向凝固过程中成分变化的原理图。

本研究采用区域熔融定向凝固装置合成Pb-Cd合金的稳定结构。

将 100 μm 铬-阿卢梅尔热电偶（在 0.1 厘米双孔护芯保护管中）插入 8 mm 外径 Pyrex 管中。管长度应约为 30 厘米。热电偶尖端应涂有氮化硼浆料。
首先将合金熔化在熔炉中，然后通过部分真空将熔融合金引入Pyrex管中，形成所需组合物的棒。为此，使用连接到 Pyrex 管末端的灯泡将熔体吸入管中。
将样品置于垂直电阻区熔化和冷冻装置中（图4）。加热元件与以下冷气之间的距离设置为 0.5 厘米。
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图5和图6显示了光学显微镜揭示的Pb-55Cd合金定向区熔融凝固所形成的微观结构，其G/V比为两种不同的（G：热梯度，V：炉沿Pyrex管运动的速度）。

在低比（G/V=1.03×10 ^6（oC.Sec/Cm^2））下，微结构由α相矩阵中α相的分支树突组成。然而，在中等G/V比（G/V=1.55±10^6（o C.Sec/Cm^2）下，在β相的基质...

本实验证明采用特定类型的区域熔冻定向凝固炉来发展稳定的微观结构。与室温下不均衡的两相不稳定微观结构不同，在室温下通过扩散在几个月内结构退化的两相不稳定微观结构，在样品生长中获得的单相结构不会发生任何变化。

由所述炉子开发的具有稳定相的样品在生物传感器和半导体等不同行业可能具有广泛的应用，在这些行业中，需要具有稳定相的合金来避免长时?...

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