Herstellung eines großen Einkristalls durch abnormales Kornwachstum

【Einführung】 Die meisten Metall-, Keramik- und Halbleitermaterialien bestehen aus polykristallinem Material. Im Gegensatz dazu ist die Leistung eines Einkristalls zwar oftmals besser, aber aufgrund von Kostenbeschränkungen ist sein Anwendungsbereich immer noch sehr begrenzt, und eine Produktion in großem Maßstab kann nicht erreicht werden. Die traditionelle Einkristallherstellungstechnologie umfasst das gerichtete Erstarrungsverfahren, einschließlich des Bridgeman-Verfahrens und des Czochralski-Verfahrens. Zusätzlich kann der Einkristall durch Induzieren der Kristallwachstumsabnormalität synthetisiert werden. Das Kornwachstum aus polykristallinem Material ist normalerweise ein großkörniger "phagozytischer" Weg mit kleinen Körnern, um den Prozentsatz der Korngrenzen mit hoher Energie zu verringern. Wenn das Korn auf normale Weise wächst, ist die Teilchengrößenverteilung relativ gleichmäßig; In einigen Fällen „schlucken“ nur einige Körner um das Korn und wachsen schnell. Dies ist ein abnormales Kornwachstum. Bisher hat die Anwendung von Einkristallmaterialien, einschließlich Formgedächtnislegierungen und hitzebeständigen Legierungen und anderen Aspekten, und Formgedächtnislegierungen, insbesondere Kupfer-Aluminium-Mangan-Legierungen, eine herausragende Kaltverformbarkeit. Außerdem nimmt die Superplastizität dieser Legierung mit zunehmender Korngröße erheblich zu. Wenn daher die herkömmliche Wärmebehandlung zur Herstellung von Einkristallen aus Kupfer - Aluminium - Mangan - Legierungen im großen Maßstab verwendet werden kann, wird dies zweifellos die Anwendung der Formgedächtnislegierungsperspektiven erheblich verbessern. In den letzten Tagen hat Professor Omori (Korrespondent) geforscht Das Team der Northeastern University in Japan veröffentlichte einen Artikel mit dem Titel „Extrem große Einkristalle durch abnormales Kornwachstum“ bei Nature Communications. Der Artikel wies darauf hin, dass durch das traditionelle Wärmebehandlungsverfahren das Kornwachstum induziert und somit eine großvolumige Herstellung einer Kupfer-Aluminium-Mangan-Legierung mit Einkristall erzielt werden kann. Unter diesen liefert die zyklische Wärmebehandlung die Submikron-Grenzenergie als Hauptantriebskraft für die Kornwachstumsanomalie, während die weitere zyklische Niedertemperatur-Wärmebehandlung die Subkorn-Grenzenergie verbessert und somit die Migrationsrate der Korngrenzen erhöht. Durch eine solche Wärmebehandlung kann die Herstellung eines 70 cm langen Einkristallstabs erreicht werden. Die Ergebnisse dieser Forschung ermöglichen es, andere Metalle oder keramische Werkstoffe mit ähnlichen Strukturen einkristallin zu machen. Da das derzeitige Einkristallmaterial eine der Hauptanwendungen für Formgedächtnislegierungen ist, wird diese großtechnische Herstellung des Einkristallverfahrens die bestehenden Formgedächtnislegierungsanwendungen erheblich erweitern.Abbildung 1: Kupfer - Aluminium - Mangan - Einkristall Bar und Wärmebehandlung processa. Zirkulationswärmebehandlungsprozess (Hochtemperaturzyklus kombiniert mit Niedertemperaturzyklus) b. Kupfer-Aluminium-Mangan-Einkristallstäbe, hergestellt durch zyklische Wärmebehandlungc. Nur Hochtemperaturwärmebehandlung verarbeitet. Einkristalline Kupfer-Aluminium-Mangan-Stäbe, die nur durch zyklische Hochtemperatur-Wärmebehandlung hergestellt wurdenAbbildung 2: Mikrostruktur einer Kupfer-Aluminium-Mangan-Legierung, die durch abnormales Kornwachstum hergestellt wurdea. Kupfer-Aluminium-Mangan-Legierung von 900 ℃ bis 500 ℃ Zyklusende nach Abschrecken des optischen Mikroskops. Polumkehrung c. Referenzorientierungsabweichung der einzelnen KörnerAbbildung 3: Anormales Wachstumsphänomen der Körner. Hochtemperaturzyklus Wärmebehandlung (900/500 500) Prozess, die Bildung von Unterkornstruktur, Teil der Phase bei 500 ℃, um einen Niederschlag zu bilden. Nach der Wärmebehandlung wird ein Teil des Korns in der Unterkorngrenze durch abnormales Wachstum getrieben. Nach mehrmaliger Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur (740/500 ℃) steigt die Migrationsrate der Korngrenzen aufgrund des Anstiegs des Orientierungsunterschieds zwischen den Unterkörnern an, um die Möglichkeit großer Korngrenzen zu schaffen structurea. Nachdem die Legierung auf 800-500-800 ° C erhitzt wurde, wird sie für eine bestimmte Zeit (0 min, 5 min, 10 min) bei 800 ° C inkubiert und abgeschreckt, um eine Mikrostruktur zu bilden. Legierung im Temperaturzyklus 740-500-740 ° C fünfmal, jeweils bei 800 ° C für eine bestimmte Zeit (0 min, 2 min, 10 min) und abgeschreckt durch die Bildung von Mikrostruktur. Korngrenzen-Migrationsstrecke von abnormalen Körnern. Abweichung der Kornreferenzorientierung. Abweichung von der Orientierung nach einem und fünf NiedertemperaturzyklenAbbildung 5: Superplastizitätstest von EinkristallbarrenSuperplastizitätstest von 15,4 mm Durchmesser und 682 mm Kupfer-Aluminium-Mangan-Einkristallbarren 【Zusammenfassung】 In dieser Arbeit wird die Herstellung einer Kupfer-Aluminium-Mangan-Legierung beschrieben mit großem Einkristall wird durch rationelle Auslegung des Legierungswärmebehandlungsprozesses realisiert. Zuerst durch die fünf 900-500 ° C Hochtemperaturzyklen, die Bildung einer bambusartigen Struktur in der Legierung und dann durch die vier 740-500 ° C Niedrigtemperaturzyklen, den Zugang zur treibenden Kraft für die Migration der Korngrenzen, um ein abnormales Wachstum zu erzielen aus Bambus. Dieser Prozess hat eine lange 700 mm, Durchmesser von 15 mm Einkristallstab hat eine gute Superplastizität. Darüber hinaus bieten die experimentellen Ideen zur Realisierung der Einkristall-Massenproduktion die Möglichkeit, die Anwendung von Perspektiven für Formgedächtnislegierungen zu erweitern. Neben Kupfer-Aluminium-Mangan-Legierungen werden auch Kupfer-Zink-, Eisen-Chrom-Kobalt-Molybdän- und Eisen-Mangan-Aluminium-Nickel-Legierungen erwartet, die auch abnormale Kornwachstumsphänomene aufweisen, um eine Massenproduktion von Single zu erreichen Kristalle.
Quelle: Meeyou Carbide