【はじめに】金属、セラミック、半導体材料のほとんどは多結晶でできています。対照的に、単結晶の性能はしばしば優れていますが、コストの制約により、その適用範囲は依然として非常に限定されており、大量生産を達成することはできません.従来の単結晶製造技術には、ブリッジマン法やチョクラルスキー法などの一方向凝固法があります。また、結晶成長異常を誘起して単結晶を合成することができる。多結晶材料の粒子成長は、通常、高エネルギー粒界の割合を減らすために、大きな粒子の「貪食」小さな粒子の方法です。粒子が通常の方法で成長する場合、粒子サイズの分布は比較的均一です。場合によっては、粒子の一部だけが粒子の周りを「飲み込み」、急速に成長します。この状況は異常な粒子成長です。これまで、形状記憶合金や耐熱合金などの単結晶材料、特に形状記憶合金、銅-アルミニウム-マンガン合金などの用途は、優れた冷間加工性を持っています。さらに、この合金の超塑性は、粒子サイズが大きくなるにつれて大幅に増加します。したがって、従来の熱処理を使用して銅 - アルミニウム - マンガン合金の単結晶 - 大規模な製造を達成できれば、形状記憶合金の応用が大幅に改善されることは間違いありません. 最近、大森教授(特派員)の研究日本のノースイースタン大学のチームは、Nature Communications に「異常粒成長による超大型単結晶」というタイトルの論文を発表しました。この記事は、従来の熱処理プロセスにより、結晶粒の成長を誘発し、銅、アルミニウム、マンガン合金の単結晶、大量の製造を実現することを指摘しました。その中で、循環熱処理は粒成長異常の主な駆動力としてサブミクロン境界エネルギーを提供し、さらに循環低温熱処理は亜粒界エネルギーを改善し、したがって粒界移動速度を増加させます。このような熱処理により、長さ70cmの単結晶棒を作製することができる。この研究の成果により、同様の構造を持つ他の金属やセラミック材料の単結晶化が可能になります。さらに、現在の単結晶材料は形状記憶合金の主な用途の 1 つであるため、この大規模な単結晶製造方法は、既存の形状記憶合金の用途を大幅に拡大します。図 1: 銅 – アルミニウム – マンガン単結晶バーと熱処理プロセス。循環熱処理工程(高温サイクルと低温サイクルを組み合わせたもの)b.循環熱処理によって調製された銅-アルミニウム-マンガン単結晶ロッドc.高温熱処理のみ加工。図 2: 異常粒成長によって調製された銅-アルミニウム-マンガン合金の微細構造a.光学顕微鏡で急冷した後、900℃から500℃のサイクル終了までの銅 - アルミニウム - マンガン合金b。逆極投影c。各結晶粒の基準方位ずれ 図3:結晶粒の異常成長現象。高温サイクル熱処理 (900/500 ℃) プロセス、サブグレイン構造の形成、500 ℃ で相の一部が沈殿物を形成します。熱処理後、サブグレイン境界内の粒子の一部が異常成長によって駆動されますb。数回の低温熱処理 (740/500 ℃) の後、サブグレイン間の方位差の増加により粒界移動速度が増加し、大きなグレインの可能性が提供されます図 4: 粒界移動距離とサブグレイン構造。合金を800-500-800℃で加熱した後、800℃で一定時間(0分、5分、10分)インキュベートし、急冷して微細構造bを形成します。 740-500-740 ℃ の温度サイクルでそれぞれ 5 回、800 ℃ で特定の時間 (0 分、2 分、10 分) で合金を冷却し、微細構造の形成によって急冷します。異常粒の粒界移動距離d.粒子基準方向偏差。 1 回および 5 回の低温サイクル後の配向からの偏差図 5: 単結晶棒の超塑性試験直径 15.4 mm、682 mm の銅 - アルミニウム - マンガン単結晶棒の超塑性試験【要約】この論文では、銅 - アルミニウム - マンガン合金の調製合金熱処理工程の合理的設計により、単結晶の大型化を実現。最初に、5 つの 900-500 ℃ の高温サイクルを通じて、合金に竹のような構造が形成され、次に 4 つの低温 740-500 ℃ サイクルを通じて、粒界移動の駆動力にアクセスして、異常な成長を達成します。竹の。このプロセスでは、長さ 700 mm、直径 15 mm の単結晶棒が良好な超塑性を備えています。さらに、単結晶の大量生産を実現するための実験的なアイデアは、形状記憶合金の用途を広げる可能性を提供します。銅-アルミニウム-マンガン合金に加えて、銅-亜鉛、鉄-クロム-コバルト-モリブデン、鉄-マンガン-アルミニウム-ニッケル合金も異常粒成長現象を示し、単結晶の量産化が期待されています。結晶。
出典:Meeyou Carbide

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