異常粒成長による大型単結晶の作製

【はじめに】ほとんどの金属、セラミック、半導体材料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より優れているが、コストの制約のために、その適用範囲は依然として非常に限られており、大規模生産を達成することはできない。伝統的な単結晶製造技術は、ブリッジマン法およびチョクラルスキー法を含む方向性凝固法を含む。また、結晶成長異常を誘発して単結晶を合成することができる。多結晶材料の粒成長は、通常、高エネルギー粒界の割合を減らすための大粒「食作用」小粒径法である。粒子が通常の方法で成長する場合、粒径分布は比較的均一です。場合によっては、一部の穀物だけが穀物の周りに「飲み込み」、急速に成長します。この状況は異常な穀物の成長です。今までのところ、形状記憶合金および耐熱性合金および他の態様を含む単結晶材料、ならびに形状記憶合金、特に銅 - アルミニウム - マンガン合金の適用は、顕著な冷間加工性を有する。さらに、この合金の超塑性は粒径の増大と共に著しく増大する。したがって、銅 - アルミニウム - マンガン合金の単結晶大規模製造を達成するために伝統的な熱処理を使用することができれば、それから間違いなく形状記憶合金の見込みの用途を大幅に改善するであろう。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」というタイトルの記事を発表しました。記事は、伝統的な熱処理プロセスを通して、粒子成長を誘導し、そしてそれ故に銅 - アルミニウム - マンガン合金単結晶大量調製を達成することを指摘した。これらのうち、周期的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、一方、さらなる周期的低温熱処理は亜結晶粒界エネルギーを改善し、従って粒界移動速度を増加させる。このような熱処理により、長さ７０ｃｍの単結晶棒を製造することができる。この研究の結果は、同様の構造を有する単結晶の他の金属またはセラミック材料を可能にする。また、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法の作成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processa。循環熱処理プロセス（低温サイクルと組み合わせた高温サイクル）ｂ。繰返し熱処理により作製した銅 - アルミニウム - マンガン単結晶棒高温熱処理のみ処理した。高温サイクル熱処理のみで作製した銅 - アルミニウム - マンガン単結晶棒図2異常粒成長法で作製した銅 - アルミニウム - マンガン合金の組織光学顕微鏡を消光した後の900℃から500℃のサイクルエンドでの銅 - アルミニウム - マンガン合金。逆極投影法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℃で相の一部に析出物を形成する。熱処理後、亜粒界の一部の粒子は異常成長によって駆動されます。数回の低温熱処理（740/500℃）の後、亜結晶粒間の方位差の増加により粒界移動速度が増加し、大きな結晶粒の可能性を提供する図4：粒界移動距離と亜結晶粒構造。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、急冷してミクロ組織を形成する。 740-500-740℃の温度サイクルで5回、それぞれ800℃で一定時間（0分、2分、10分）合金化し、ミクロ組織の形成によって急冷する。異常粒界の粒界移動距離粒子基準方位偏差1回と5回の低温サイクル後の方位からのずれ図5：単結晶棒の超塑性試験直径15.4mm、682mm銅 - アルミニウム - マンガン単結晶棒の超塑性試験【概要】本稿では、銅 - アルミニウム - マンガン合金の作製大きい単結晶との合金の熱処理プロセスの合理的な設計によって実現されます。最初に、5つの900-500℃の高温サイクルを通して、合金の竹のような構造の形成を通して、そして、4つの低温740-500℃のサイクルを通して、粒界移動推進力へのアクセスは、異常な成長を達成するために竹このプロセスは長い700ミリメートルを持っている、15ミリメートルの単結晶バーの直径は良い超塑性を持っています。さらに、単結晶の大量生産を実現するための実験的アイデアは、形状記憶合金の見込みの用途を広げる可能性を提供する。銅 - アルミニウム - マンガン合金に加えて、異常な結晶粒成長現象をも有する銅 - 亜鉛、鉄 - クロム - コバルト - モリブデンおよび鉄 - マンガン - アルミニウム - ニッケル合金もまた、単一の大量生産を達成することが期待される。クリスタル。
ソース：Meeyou Carbide