第4章 高压凝固技术VIP专享VIP免费

第第44章高压下的凝固章高压下的凝固•高压凝固技术的产生与发展•压力对熔体粘度、密度及相图的影响•压力对非晶态形成温度和能力的影响•压力对非晶态形成温度和能力的影响•压力对形核速率和生长速率的影响•高压下制备纳米晶材料•高压对共晶凝固的影响高压凝固技术的产生与发展•压力与温度是影响金属与合金热行为的两个重要过程参数。由于金属与合金的凝固过程直接关系到其包括力学性能和物理化学性能在内的材料性能的优劣，所以金属与合金的凝固行为一直是材料界所关注重要研究内容。但是，由于温度对金属材料等材料的凝固过程的影响要比压力显著，所以，迄今为止，有关温度对凝固过程的影响已经比较清楚。而有关压力对材料凝固过程的影响，特别是高压对材料凝固过程，由于受到设备等因素的限制，人们对此研究得还很少。因此金属材料的潜力还没有充分发挥出来。高压凝固技术的产生与发展高压凝固的设备示意图：(1)密封环，(2)石墨板，(3)石墨套筒，(4)叶蜡石，(5)导电环，(6)六面砧，(7)合金样品，(8)绝缘层高压凝固技术的产生与发展•高压相变中，则从低致密相向高致密相转变。图4-1Ge的p-T相图•C、Si和Ge均属IV主族元素，他们都具有反常熔化行为，即熔点随压力的增加而减小•在室温下当压力达到20GPa以上时，石墨转变为非晶态。•利用热压手段获得Zn-Sb非晶压淬法获得Cu-Sn合金形成非晶态的径向分布函数•把GaSb在3~10GPa下熔化冷却至室温，然后卸压，形成了完整的半导体非晶态块材。•压淬所得的块状Cu85Sn15为非晶态合金4GPa下以200K/s的速度从1500K淬火的Ti60Cu40试样的透射电镜形貌与电子衍射花样•压力诱发纳米晶压力对熔体粘度、密度及相图的影响E为粘滞流变激活能；V为体积；k为玻尔兹曼常量；NA位阿佛加德罗常量；T为温度。])(exp[)(0kTpVNEpA熔体的粘度随着压力的增加而增加。固体的粘度也是随着压力的增加而增加的。但是，固体的体积随压力的变化dV/dp不如熔体的大。因此，虽然常压下固体粘度S0要远大于熔体粘度L0，即S0＞L0。熔体粘度随压力的增长却比固体快得多，即dL/dp＞dS/dp。因此，熔体和固体的粘度随压力变化的曲线存在一交点，此处压力即为临界压力pC。当p＜pC时，L＜S；当p＞pC时，即L＞S•压力溶体粘度的影响•压力对密度的影响固体熔化温度也将随压力而发生变化。当p＜pC时，熔点将随着压力的上升而上升〔如Fe等〕；当p＞pC时，熔点则会随着压力上升而降低(如Si等)。假如压力进一步上升，固体变得越来越致密，品格扭曲越来越厉害，能量也越来越高。此时就有可能发生相变，形成一致密的新相(也是固相)，此相的密度比在同样压力下的熔体的密度要大。在常压下，熔体的密度比固体小，此时熔体体积是膨胀的，当压力上升时，熔体的密度与固体一样要上升。但是，熔体的密度上升的速度比固体要快得多•压力对熔点的影响•Simon熔化方程为BmmAPTT)1(0A和B为与材料性质有关的常数，Tm0为常压下材料的熔点，P为压力•Lindemann熔化方程]})(1[2exp{)(000,0032,0qTTTTmmmmmmVVqVVTTqTTmmVV)(0,00q是与体积有关的的参数的，通常假定等于1是Grüeneisen参数•著名的Clausius-Clapeyron方程式VTHTpdd压力对非晶态形成温度和能力的影响Tp*为常压下的非晶形成温度；Tp为高压下的非晶形成温度；G为高压p下形核势垒；G*为常压下形核势垒；p为压力；V为体积；NA为阿佛加德罗常量；E为粘滞流变激活能])([])([GTEpVNGTETTpAppp1)对Vf=VLVS＞0的体系，dTm/dp＞0，其熔点Tm是随p的上升而上升的，因而虽然Tp是随压力的上升而上升。但是Tp/Tm作为非晶态形成能力的判据，却基本上随压力的变化而只发生根小的变化。2)对于Vf＝VLVS＜0的体系，dTm/dp＜0，其熔点Tm是随压力的增加而下降的。而此时Tp依然随压力的增加而升高，两个原因的结合导致了Tp/Tm的升高，结果非晶态形成能力增强，促使了非晶态的形成。由此可见，Vf＝VLVS＜0的体系，能够在压力下从熔态淬火形成非晶，有利于非晶态的形成，而且|Vf|越大，所需要的压力就越小，也越容易形成非晶态。压力对形核速率和生长速率的影响...