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铝挤压型材浓度梯度的影响
铝挤压型材浓度梯度的影响:
从上述温度梯度对固液面影响的讨论中,铝挤压型材得知在正温度梯度的情况下,平坦界面是稳定的;在负温度梯度时,平坦界面上不稳定的,且是不可控的;在固液界面前沿具有狭小过冷区,而远离结晶前沿仍为正温度梯度的过热熔体的温度下,平坦界面也是不稳定的,但胞状界面是稳定的。

在生产实践中,固液界面前沿总是存在温度梯度的。下面定性地讨论在有温度梯度的情况下,浓度梯度对固液界面的影响。
设熔体中的温度分布如图a所示,为正温度梯度,如果没有溶质的影响,平坦界面为稳定界面。但是若熔体中含有溶质,其平衡分凝系数Ko<1。这就使得:(1)在晶体生长时,溶质不断地被排泄出来形成溶质边界层,溶质边界层中的溶质分布如图b所示;(2)熔体的凝固点随溶质浓度的增加而降低,如图c所示。由于溶质边界层中溶质浓度随离界面的距离z的增加而减小,故边界层中的凝固点也将随z的增加而上升。边界层中凝固点关于距离的变化如图d所示。在z=0处,边界层中浓度最高,为Cl(0),如图b所示;相应的凝固点最低,为To,如图c图d所示;之后,随着z的增加,因溶质浓度降低,凝固点随之升高,至z=δ处,溶质浓度达到平均浓度Cl,其凝固点也升高至相应的Tm。在边界外,浓度是均匀的,故其凝固点恒为Tm。因此熔体中存有溶质时,当溶质边界层建立后,边界层内各点的凝固点不等,如图d所示。虽然界面实际温度仍为凝固点,而且当离开界面进入熔体时,熔体的实际温度上升,但在图d的阴影线区域内,熔体的实际温度却低于凝固点,这意味着熔体处于过冷状态,在平坦界面上因干扰产生的凸缘,其尖端处于过冷度较大的熔体中,生长速率比界面快,凸缘不能自动消失,平坦界面的稳定性被破坏了。原来固液界面前沿的过热熔体,因溶质(第二部分)的出现而产生一过冷区,这种现象称为组分过冷。
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