單個純Sn金屬微滴的原位快速凝固研究.pdf

1、金屬微滴凝固是一種非平衡快速凝固，其凝固特性和組織隨尺寸的減小和冷速的增大發(fā)生轉(zhuǎn)變，然而傳統(tǒng)測試手段難以實現(xiàn)在快速凝固條件下，對微滴形核動力學(xué)的實驗研究和微滴尺寸與冷卻速率兩個影響因素的獨立研究。本文首次將原位快速熱分析技術(shù)應(yīng)用于單個純Sn金屬微滴的快速凝固領(lǐng)域，實現(xiàn)了微滴形核動力學(xué)的實驗研究及微滴尺寸與冷卻速率對凝固過冷度影響的獨立研究。
　　 本文首先分析了非絕熱功率補償差示掃描原位快速熱分析技術(shù)的基本測試原理，其加熱-冷卻

2、速率的可控范圍為20至2×105K/s，覆蓋了常規(guī)及快速凝固過程，并對測試過程中樣品的制備，熱分析曲線的分析及數(shù)據(jù)的處理等方面進行了系統(tǒng)的分析。研究了冷卻速率為1×104K/s的單個純Sn金屬微滴的異質(zhì)形核動力學(xué)，其形核速率通過該微滴1000次重復(fù)形核的統(tǒng)計分析所得。采用經(jīng)典形核理論分析實驗結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)該微滴的形核方式為單一的球冠異質(zhì)形核方式。同時，分別研究了不同冷卻速率下微滴的形核動力學(xué)，結(jié)果表明冷速對微滴的相關(guān)形核動力學(xué)參數(shù)沒有直

3、接的影響。
　　 利用原位快速熱分析技術(shù)及差示掃描量熱儀，對單個純Sn微滴凝固過冷度的尺寸效應(yīng)進行了研究。由于在一系列連續(xù)的加熱-冷卻過程中，測試的單個球形微滴的幾何形狀基本保持不變，因而微滴的尺寸幾乎未發(fā)生變化，相當(dāng)于是相同尺寸的微滴進行不同過程的測試研究，這一過程使得研究微滴尺寸對過冷度的獨立影響成為可能。結(jié)合純Sn的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，采用經(jīng)典形核理論進行計算，發(fā)現(xiàn)單個金屬微滴凝固過冷度隨微滴尺寸減小而增大，與實驗結(jié)果一致。