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【简介】大多数金属,陶瓷和半导体材料均由多晶制成。相比之下,虽然单晶的性能通常会更优异,但是由于成本限制,其应用范围仍然非常有限,无法实现大规模生产。传统的单晶制备技术包括定向凝固法,包括Bridgeman法和Czochralski法。另外,可以通过诱发晶体生长异常来合成单晶。多晶材料的晶粒生长通常采用大晶粒“吞噬”小晶粒的方式来减少高能晶界的百分比。如果晶粒以正常方式生长,则粒度分布相对均匀;在某些情况下,只有一些谷物“吞入”谷物并迅速生长,这种情况是谷物异常生长。到目前为止,单晶材料的应用,包括形状记忆合金和耐热合金等方面,以及形状记忆合金,特别是铜-铝-锰合金具有突出的冷加工性。另外,该合金的超塑性随着晶粒尺寸的增加而显着增加。因此,如果能够采用传统的热处理技术来实现铜-铝-锰合金单晶的大规模制备,那么无疑将大大提高形状记忆合金的应用前景。近年来,大森教授(通讯员)的研究日本东北大学的研究小组在《自然通讯》上发表了一篇题为“异常晶粒长大的超大型单晶”的文章。文章指出,通过传统的热处理工艺,诱导晶粒长大,从而实现了铜-铝-锰合金单-晶体大-体积的制备。其中,循环热处理提供亚微米边界能作为晶粒长大异常的主要驱动力,而进一步的循环低温热处理则改善了亚晶粒边界能,从而提高了晶界迁移率。通过这样的热处理,可以制备70cm长的单晶棒。这项研究的结果使单晶的其他金属或结构相似的陶瓷材料成为可能。此外,由于当前的单晶材料是形状记忆合金的主要应用之一,这种大规模制备单晶方法将极大地扩展现有的形状记忆合金的应用。图1:铜-铝-锰单晶棒和热处理工艺循环热处理工艺(高温循环与低温循环相结合)b。通过循环热处理制备的铜铝锰单晶棒c。仅进行高温热处理。仅通过高温循环热处理制备的铜铝锰单晶棒图2:通过异常晶粒生长制备的铜铝锰合金的显微组织光学显微镜淬火后,铜铝锰合金从900℃到500℃的循环结束。反极投影c。每个晶粒的参考方向偏差图3:晶粒的异常生长现象。高温循环热处理(900/500℃)过程中,形成亚晶粒结构,部分相在500℃时形成沉淀。热处理后,亚晶粒边界中的一些晶粒受到异常生长的驱动b。经过几次低温热处理(740/500℃),由于亚晶间取向差的增加,晶界迁移率增加,从而提供了大晶粒的可能。图4:晶界迁移距离和亚晶结构合金在800-500-800℃加热后,在800℃下保温一定时间(0min,5min,10min)并淬火以形成微观结构b。合金在740-500-740℃的温度循环中分别循环五次,分别在800℃的一定时间(0min,2min,10min)并通过淬火形成微结构c。异常晶粒的晶界迁移距离d。晶粒参考取向偏差。一,五个低温循环后的取向偏差图5:单晶棒的超塑性试验15.4mm直径和682mm铜铝铝锰单晶棒的超塑性试验【摘要】本文制备了铜铝锰合金通过合理设计合金的热处理工艺,实现了大单晶的制备。首先,通过五个900-500℃的高温循环,在合金中形成竹样结构,然后通过四个低温的740-500℃的循环,获得晶界迁移的驱动力,实现异常生长竹此过程具有长700mm,直径15mm的单晶棒,具有良好的超塑性。另外,实现单晶批量生产的实验思路为拓宽形状记忆合金的应用前景提供了可能。除了铜-铝-锰合金,铜锌,铁-铬-钴-钼和铁-锰-铝-镍合金(它们也具有异常的晶粒生长现象)也有望实现大批量生产单晶。晶体。
资料来源:Meeyou Carbide

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