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    單晶材料簡介

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    單晶材料簡介

    發布日期:2015-11-25 00:00 來源:http://www.northstl.com 點擊:

    單晶材料相對普通的多晶體材料性能特殊,一般采用提拉法制備。單晶材料根據晶體生長法制作分為借由柴克勞司基法又名晶體生長法將復晶晶體提煉成對稱的、有規律的、成幾何型的單晶晶格結構。浮區法可將低純度硅晶體提煉成對稱的、有規律的、成幾何型的單晶晶格結構。


    單晶是由結構基元在三維空間內,呈周期排列而成的固態物質。如水晶,金剛石,寶石等。單向有序排列決定了它具有以下特征:均勻性、各向異性、自限性、對稱性、小內能和大穩定性。隨著生產和科學技術的發展天然單晶已經不能滿足人們的需要,各種產業都提出了對單晶材料的大量需求,如:鐘表業提出了對紅寶石的大量需求、機械加工業提出了對金剛石的需求等等。于是單晶材料的歷史就進入了人工制備的階段。


    所謂單晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal),即結晶體內部的微粒在三維空間呈有規律地、周期性地排列,或者說晶體的整體在三維方向上由同一空間格子構成,整個晶體中質點在空間的排列為長程有序。單晶整個晶格是連續的,具有重要的工業應用。由于熵效應導致了固體微觀結構的不理想,例如雜質,不均勻應變和晶體缺陷,有一定大小的理想單晶在自然界中是極為罕見的,而且也很難在實驗室中生產。另一方面,在自然界中,不理想的單晶可以非常巨大,例如已知一些礦物,如綠寶石,石膏,長石形成的晶體可達數米。


    選晶法是單晶高溫合金葉片制備中基本的工藝方法. Higginbotham把常用的單晶選晶器結構歸納為四種類型:螺旋型、傾斜型、轉折型、尺度限制型(縮頸型)隨著單晶高溫合金研究的發展,螺旋型選晶器逐漸淘汰掉其他三種選晶器,成為目前應用廣泛也是成功的選晶器類型。  選晶法的原理就是利用選晶器的這種狹窄界面,只允許一個晶粒長出它的頂部,然后這個晶粒長滿整個型腔,從而得到單晶體. 其晶體競爭生長機制是:螺旋結構總的攀升走向正好與散熱方向相反,致使螺旋體內散熱均勻,因此在整個螺旋形生長過程中,位向適合生長的那個晶粒將其他眾多的初生晶粒一一淘汰,不斷長出枝晶并終進入試樣本體成為單晶鑄件.  至于鎳基單晶合金,在鎳的Gamma固溶態中,有大量分散結晶構造稍為不同的Gamma基本態,只要將這種結晶單晶化,在定向凝固合金中,增加Gamma基本態,提高高溫強度。鎳基單晶合金基本上消定向凝固高溫合金的限制。

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