含Sb二元合金熔體電子輸運(yùn)性質(zhì)及凝固行為.pdf

1、研究表明,母相合金熔體的熱歷史對(duì)凝固形成的固體材料結(jié)構(gòu)和性能有著重要影響,深入研究液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有助于人們對(duì)材料質(zhì)量的控制、材質(zhì)的改性以及新材料的開(kāi)發(fā)等。而液態(tài)多型性現(xiàn)象、多型性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變以及液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的發(fā)現(xiàn),為更有效地探索熔體熱歷史對(duì)結(jié)晶的作用規(guī)律及本質(zhì)帶來(lái)了希望,也為從熔體狀態(tài)來(lái)探索凝固行為開(kāi)辟了新的切入點(diǎn)。但目前對(duì)于液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的內(nèi)在本質(zhì)、相關(guān)規(guī)律及其凝固相關(guān)性的認(rèn)知還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,因此,進(jìn)一步系統(tǒng)和深入地研究液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)

2、和性質(zhì)及其對(duì)凝固的影響,仍然具有十分重要的意義。
　　本文以三種含Sb合金Sn-Sb15、Cu-Sb90和In-Sb90為研究對(duì)象,探索了熔體結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化及其對(duì)凝固的影響,研究的主要內(nèi)容及方法如下:首先,運(yùn)用直流四電極法獲得上述合金熔體電阻率-溫度曲線(本文直接測(cè)試或引用前期結(jié)果),探索液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變發(fā)生的可能性、溫度區(qū)間、可逆性及其轉(zhuǎn)變規(guī)律。然后,以此為依據(jù)設(shè)計(jì)出合適的熔體過(guò)熱處理規(guī)程及凝固方式,以熱分析法、金相組織觀察、SE

3、M、X射線衍射等實(shí)驗(yàn)手段,探索不同熔體狀態(tài)對(duì)合金凝固行為、組織大小及分布、晶體生長(zhǎng)形貌、生長(zhǎng)方式等方面的影響及作用規(guī)律。本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于:第一,對(duì)熔體狀態(tài)與Cu-Sb90結(jié)晶學(xué)各向異性的相關(guān)性進(jìn)行了開(kāi)拓性探索;第二,清晰地揭示了熔體轉(zhuǎn)變可逆性及熔體冷卻條件對(duì)Sn-Sb15凝固行為及組織的作用規(guī)律。本文主要結(jié)論如下:
　　(1)Sn-Sb15合金熔體在三輪連續(xù)升降溫過(guò)程中的電阻率-溫度曲線均出現(xiàn)了非線性的異常變化,提示該合金熔體發(fā)

4、生了溫度誘導(dǎo)的液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。且首輪升溫過(guò)程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變具有不可逆性,而轉(zhuǎn)變后的新合金熔體發(fā)生的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變具有自身的可逆性,分析認(rèn)為可逆性與熔體中具有可逆特征的Sn四面體短程序的生成和打破有關(guān)。另外,Sn-Sb15合金熔體在降溫過(guò)程中發(fā)生的可逆轉(zhuǎn)變具有明顯的動(dòng)力學(xué)特征,隨著降溫速率的增大,可逆轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度以及結(jié)束溫度均移向了更低的溫度范圍,且轉(zhuǎn)變區(qū)間逐漸減小。
　　(2)Sn-Sb15合金熔體發(fā)生液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后,其空冷凝固行為及

5、組織均發(fā)生了顯著改變,主要表現(xiàn)為:組織中初生相和包晶相的形核過(guò)冷度都有所提高,初生相的凝固時(shí)間縮短,包晶相的凝固時(shí)間延長(zhǎng),組織明顯細(xì)化且分布更加均勻;此外,降溫過(guò)程中可逆轉(zhuǎn)變的回復(fù)與否也極大地影響著合金的凝固行為及組織,轉(zhuǎn)變后高溫熔體的冷卻速度較快時(shí),可逆轉(zhuǎn)變被抑制,過(guò)冷度的增加幅度和組織的細(xì)化效果更為明顯,初生相的形貌也發(fā)生了較大變化。
　　(3)熔體結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化能夠顯著改變Cu-Sb90合金中初生Sb相的晶體形貌及生長(zhǎng)方式。

6、組織對(duì)比表明,其二維形貌由轉(zhuǎn)變前棱角分明的大塊狀變成了轉(zhuǎn)變后的圓球狀及長(zhǎng)條狀,而深腐蝕后的電鏡照片則揭示了其三維立體形貌由轉(zhuǎn)變前的塊體變成了轉(zhuǎn)變后的圓柱體,生長(zhǎng)方式也由小平面轉(zhuǎn)變?yōu)榱朔切∑矫?。此?部分共晶Sb相也由轉(zhuǎn)變前的不規(guī)則層片狀變成了轉(zhuǎn)變后的纖維狀;X射線衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了Sb的擇優(yōu)生長(zhǎng)晶面由轉(zhuǎn)變前的{104}變成了轉(zhuǎn)變后的{003}。組織形貌、生長(zhǎng)方式以及結(jié)晶學(xué)取向的變化表明,熔體結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變減弱了Sb晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的結(jié)晶學(xué)

7、各向異性,分析認(rèn)為出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因在于固-液界面擴(kuò)散度的增大以及界面能各向異性的減弱。
　　(4)從In-Sb90合金熔體的電阻率-溫度行為中亦發(fā)現(xiàn)了溫度誘導(dǎo)的液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象,與前兩種含Sb二元合金不同的是其轉(zhuǎn)變具有不可逆性。在隨爐冷卻、隨坩堝空冷、鐵模冷卻和銅模冷卻四種凝固條件下,液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變均不同程度的細(xì)化了In-Sb90合金的凝固組織,但后兩種凝固條件下的細(xì)化效果并不十分明顯,這說(shuō)明隨著冷卻速度的增大,液-液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變