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定向生长的晶体

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

定向生长的晶体

 

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。

控制晶体定向生长,是一种极其复杂的很难掌握的技术。70 年代,工程

技术人员想通过铸铁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,在最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

合金的耐高温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。

定向单晶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。

单晶合金已开发了近百种,成为各种工程构件。美国的波音系统客机、

欧洲的空中公共汽车系列客机、美国的战斗机、预警机和轰炸机都使用了单

晶合金。美国航天飞机的主发动机,由于选用单晶合金而赢得“安全”之美

名。我国的单晶合金生产工艺已在国内开花结果,进入了高技术的各个领域。


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