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晶体定向生长的原因是为了什么

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晶体定向生长的原因是为了什么

发布日期:2018-03-27 00:00 来源:http://www.mssx0607.com 点击:

  晶体结晶的过程,是从高温熔融的原液冷凝成固体的过程。这种过程导致固体材料内部的成分分布是不均匀的。例如金属大多数是多晶状态,在一个个有规律排列的晶粒的边界上,在结晶过程中,杂质就会挤入晶粒之间,而且产生杂质富集,这些杂质在低温时,会使晶体畸弯,有时对金属整体有一定的强化作用。但在高温下,晶界部分首先熔化。在外力作用下,这种杂质晶界首先使晶粒间相对运动,晶界上的杂质就成为一种运动的润滑剂。这样,人们就很容易想到,要提高金属的强度,就要消除晶粒间的晶界,生长成单晶体,实现这种设想的技术称为晶体的定向生长。

  晶体定向,就是在晶体中建立一个三维空间坐标系,然后我们需要选择坐标轴(又称为晶轴)、确定各晶轴上的单位长(轴长)及其比率(轴率)。

  单晶定向合金比普通多晶合金的工作温度可提高80℃~100℃。在同样高的工作温度下,单晶合金做成的构件的工作寿命比普通多晶合金的构件要长7倍以上。

  晶轴:即坐标轴x轴、y轴和z轴,交于晶体中心三条直线,对于三方和六方晶系需要增加一个u轴(晶轴的展布和正负方向与几何学中的规定相同);晶轴一般与对称轴或对称面的法线重合,或与某个晶棱方向平行。晶轴的选择要遵循一定的结晶学规律,各晶系的选轴原则如下表。

  控制晶体定向生长,是一种很复杂的很难掌握的技术。70年代,工程技术人员想通过铸型的水冷底板来控制高温金属融熔体的冷却速度,期望能制成一种特殊的飞机叶片。这种叶片上的晶粒要沿着主要受力的方向排列(工程上称为沿主应力方向排列),这种飞机叶片,在容易破裂的方向上消除了晶界,形成了条状的晶柱,人们称为柱晶合金。和原来的合金相比,柱晶合金的高温强度及热疲劳强度都有显著提高。这种加工方法后来发展成生产单晶合金工艺。在柱晶生长晶路上增设一条弯的通道,只让一条晶柱通过,并经过严密控制冷却条件,就可制备一个具有完整晶粒的构件。在这种构件上,横向、纵向均无任何界面,或者说接近于没有缺陷。


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