含Sb二元合金熔體電子輸運性質及凝固行為.pdf

1、研究表明,母相合金熔體的熱歷史對凝固形成的固體材料結構和性能有著重要影響,深入研究液態(tài)金屬的結構和性質有助于人們對材料質量的控制、材質的改性以及新材料的開發(fā)等。而液態(tài)多型性現象、多型性結構轉變以及液-液結構轉變的發(fā)現,為更有效地探索熔體熱歷史對結晶的作用規(guī)律及本質帶來了希望,也為從熔體狀態(tài)來探索凝固行為開辟了新的切入點。但目前對于液-液結構轉變的內在本質、相關規(guī)律及其凝固相關性的認知還遠遠不夠,因此,進一步系統(tǒng)和深入地研究液態(tài)金屬的結構

2、和性質及其對凝固的影響,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為研究對象,探索了熔體結構狀態(tài)的變化及其對凝固的影響,研究的主要內容及方法如下:首先,運用直流四電極法獲得上述合金熔體電阻率-溫度曲線(本文直接測試或引用前期結果),探索液-液結構轉變發(fā)生的可能性、溫度區(qū)間、可逆性及其轉變規(guī)律。然后,以此為依據設計出合適的熔體過熱處理規(guī)程及凝固方式,以熱分析法、金相組織觀察、SE

3、M、X射線衍射等實驗手段,探索不同熔體狀態(tài)對合金凝固行為、組織大小及分布、晶體生長形貌、生長方式等方面的影響及作用規(guī)律。本文主要創(chuàng)新點在于:第一,對熔體狀態(tài)與Cu-Sb90結晶學各向異性的相關性進行了開拓性探索;第二,清晰地揭示了熔體轉變可逆性及熔體冷卻條件對Sn-Sb15凝固行為及組織的作用規(guī)律。本文主要結論如下:
　　(1)Sn-Sb15合金熔體在三輪連續(xù)升降溫過程中的電阻率-溫度曲線均出現了非線性的異常變化,提示該合金熔體發(fā)

4、生了溫度誘導的液-液結構轉變。且首輪升溫過程中的結構轉變具有不可逆性,而轉變后的新合金熔體發(fā)生的結構轉變具有自身的可逆性,分析認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。另外,Sn-Sb15合金熔體在降溫過程中發(fā)生的可逆轉變具有明顯的動力學特征,隨著降溫速率的增大,可逆轉變的開始溫度以及結束溫度均移向了更低的溫度范圍,且轉變區(qū)間逐漸減小。
　　(2)Sn-Sb15合金熔體發(fā)生液-液結構轉變后,其空冷凝固行為及

5、組織均發(fā)生了顯著改變,主要表現為:組織中初生相和包晶相的形核過冷度都有所提高,初生相的凝固時間縮短,包晶相的凝固時間延長,組織明顯細化且分布更加均勻;此外,降溫過程中可逆轉變的回復與否也極大地影響著合金的凝固行為及組織,轉變后高溫熔體的冷卻速度較快時,可逆轉變被抑制,過冷度的增加幅度和組織的細化效果更為明顯,初生相的形貌也發(fā)生了較大變化。
　　(3)熔體結構狀態(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方式。

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

7、各向異性,分析認為出現這些現象的原因在于固-液界面擴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)現了溫度誘導的液-液結構轉變現象,與前兩種含Sb二元合金不同的是其轉變具有不可逆性。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-液結構轉變均不同程度的細化了In-Sb90合金的凝固組織,但后兩種凝固條件下的細化效果并不十分明顯,這說明隨著冷卻速度的增大,液-液結構轉變