Préparation de gros monocristaux par croissance anormale de grains

【Introduction】 La plupart des matériaux métalliques, céramiques et semi-conducteurs sont en polycristallin. En revanche, bien que les performances du monocristal soient souvent plus excellentes, mais en raison de contraintes de coût, son champ d’application est encore très limité, il n’est pas possible d’atteindre une production à grande échelle. La technologie traditionnelle de préparation des monocristaux comprend le procédé de solidification directionnelle, notamment le procédé de Bridgeman et le procédé de Czochralski. De plus, le monocristal peut être synthétisé en induisant l'anomalie de croissance des cristaux. La croissance du grain des matériaux polycristallins est généralement un grain «phagocytaire» à gros grain qui réduit le pourcentage de joint de grain à haute énergie. Si le grain croît normalement, la distribution granulométrique est relativement uniforme; Dans certains cas, seule une partie des grains «avalent» autour du grain et se développent rapidement, il s'agit d'une croissance anormale du grain. Jusqu'à présent, l'application de matériaux monocristallins, notamment d'alliages à mémoire de forme et d'alliages résistant à la chaleur, ainsi que d'alliages à mémoire de forme, en particulier l'alliage cuivre-aluminium-manganèse, a une ouvrabilité importante à froid. De plus, la superplasticité de cet alliage augmente de manière significative avec l’augmentation de la taille des grains. Par conséquent, si le traitement thermique traditionnel peut être utilisé pour réaliser une préparation à grande échelle monocristallin en alliage de cuivre, d’aluminium et de manganèse, il sera sans aucun doute grandement amélioré l’application des perspectives de l’alliage à mémoire de forme. Ces derniers jours, le professeur Omori (correspondant) a effectué une recherche. L'équipe de la Northeastern University au Japon a publié un article intitulé «Monocristaux de très grande taille par croissance anormale des grains» chez Nature Communications. L'article soulignait que, par le biais du processus de traitement thermique traditionnel, la croissance des grains était induite et donc la préparation d'un alliage de cuivre, d'aluminium et de manganèse à gros volume. Parmi eux, le traitement thermique cyclique fournit l'énergie de la limite submicronique en tant que principale force motrice de l'anomalie de croissance des grains, tandis que le traitement thermique cyclique à basse température supplémentaire améliore l'énergie de la limite de sous-grain, augmentant ainsi le taux de migration des limites de grain. Grâce à un tel traitement thermique, il est possible de préparer un barreau monocristallin de 70 cm de long. Les résultats de cette recherche permettent de monocristallin d’autres métaux ou matériaux céramiques ayant des structures similaires. En outre, étant donné que le matériau monocristallin actuel est l'une des principales applications de l'alliage à mémoire de forme, cette méthode de préparation à grande échelle de monocristaux étendra considérablement les applications existantes d'alliages à mémoire de forme.Figure 1: Monocristal de cuivre, d'aluminium et de manganèse bar et traitement thermique processa. Procédé de traitement thermique par circulation (cycle à haute température combiné à un cycle à basse température) b. Tiges monocristallines de cuivre-aluminium-manganèse préparées par traitement thermique cycliquec. Seul le traitement thermique à haute température est traité. joncs cuivre-aluminium-manganèse monocristallins préparés uniquement par traitement thermique à cycles à haute température Figure 2: Microstructure en alliage cuivre-aluminium-manganèse préparée par croissance anormale de grains. Alliage cuivre-aluminium-manganèse de fin de cycle de 900 à 500, après trempe du microscope optiqueb. projection pôle inverse. Déviation d’orientation de référence de chaque grainFigure 3: phénomène de croissance anormale du grain. Cycle de traitement thermique à haute température (900/500), formation d'une sous-structure de grain, partie de la phase à 500 pour former un précipité. Après le traitement thermique, une partie du grain dans la limite du sous-grain est entraîné par une croissance anormaleb. Après plusieurs traitements thermiques à basse température (740/500), le taux de migration des joints de grains augmente en raison de l’augmentation de la différence d’orientation entre les sous-grains, de manière à donner la possibilité d’un grain important. Figure 4: Distance de migration des grains et sous-grain. structurea. Une fois que l'alliage est chauffé à 800-500-800 ° C, il est incubé à 800 ° C pendant un certain temps (0min, 5min, 10min) et désactivé pour former une microstructureb. alliage dans le cycle de température 740-500-740 cinq fois, respectivement, à 800 pendant un certain temps (0 min, 2 min, 10 min) et trempé par la formation de microstructurec. distance de migration des joints de grains de grains anormaux. déviation de l'orientation du grain de référence. Déviation par rapport à l'orientation après un et cinq cycles à basse températureFigure 5: Test de superplasticité d'une barre monocristallineEssai de superplasticité de 15,4 mm de diamètre et de 682 mm de barre monocristalline cuivre - aluminium - manganèse 【résumé】 Dans cet article, la préparation de l'alliage cuivre-aluminium-manganèse avec grand monocristal est réalisé par la conception rationnelle du processus de traitement thermique en alliage. Tout d'abord, au cours des cinq cycles de température élevée 900-500, la formation d'une structure semblable à du bambou dans l'alliage, puis à travers les quatre cycles à basse température 740-500, accès à la force motrice de la migration des limites du grain, pour obtenir une croissance anormale de bambou. Ce processus a une longue longueur de 700 mm et un diamètre de 15 mm. La barre monocristalline présente une bonne superplasticité. En outre, les idées expérimentales pour la réalisation de la production en masse de monocristaux offrent la possibilité d’élargir l’application des perspectives des alliages à mémoire de forme. Outre les alliages cuivre-aluminium-manganèse, les alliages cuivre-zinc, fer-chrome-cobalt-molybdène et fer-manganèse-aluminium-nickel, qui présentent également des phénomènes de croissance anormale des grains, devraient également produire une grande quantité de des cristaux.
Source: Meeyou Carbide