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单晶材料简介

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单晶材料简介

发布日期:2015-11-25 00:00 来源:http://www.ddxdf.com 点击:

单晶材料相对普通的多晶体材料性能特殊,一般采用提拉法制备。单晶材料根据晶体生长法制作分为借由柴克劳司基法又名晶体生长法将复晶晶体提炼成对称的、有规律的、成几何型的单晶晶格结构。浮区法可将低纯度硅晶体提炼成对称的、有规律的、成几何型的单晶晶格结构。


单晶是由结构基元在三维空间内,呈周期排列而成的固态物质。如水晶,金刚石,宝石等。单向有序排列决定了它具有以下特征:均匀性、各向异性、自限性、对称性、小内能和大稳定性。随着生产和科学技术的发展天然单晶已经不能满足人们的需要,各种产业都提出了对单晶材料的大量需求,如:钟表业提出了对红宝石的大量需求、机械加工业提出了对金刚石的需求等等。于是单晶材料的历史就进入了人工制备的阶段。


所谓单晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal),即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列,或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成,整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的,具有重要的工业应用。由于熵效应导致了固体微观结构的不理想,例如杂质,不均匀应变和晶体缺陷,有一定大小的理想单晶在自然界中是极为罕见的,而且也很难在实验室中生产。另一方面,在自然界中,不理想的单晶可以非常巨大,例如已知一些矿物,如绿宝石,石膏,长石形成的晶体可达数米。


选晶法是单晶高温合金叶片制备中基本的工艺方法. Higginbotham把常用的单晶选晶器结构归纳为四种类型:螺旋型、倾斜型、转折型、尺度限制型(缩颈型)随着单晶高温合金研究的发展,螺旋型选晶器逐渐淘汰掉其他三种选晶器,成为目前应用广泛也是成功的选晶器类型。  选晶法的原理就是利用选晶器的这种狭窄界面,只允许一个晶粒长出它的顶部,然后这个晶粒长满整个型腔,从而得到单晶体. 其晶体竞争生长机制是:螺旋结构总的攀升走向正好与散热方向相反,致使螺旋体内散热均匀,因此在整个螺旋形生长过程中,位向适合生长的那个晶粒将其他众多的初生晶粒一一淘汰,不断长出枝晶并终进入试样本体成为单晶铸件.  至于镍基单晶合金,在镍的Gamma固溶态中,有大量分散结晶构造稍为不同的Gamma基本态,只要将这种结晶单晶化,在定向凝固合金中,增加Gamma基本态,提高高温强度。镍基单晶合金基本上消定向凝固高温合金的限制。

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