上海交通大学：《材料制备新技术（专业硕士课程）》教学资源_单晶生长 crystal growth（张澜庭）

上海交通大学研究生专业课《材料制备新技术》 单晶生长 张澜庭 材料科学与工程学院 2011-11-4 材料制备新技术(2011) 周五1-2节陈瑞球楼202 周次 日期 内容 担当 2 9月16日 绪论 张澜庭 3 9月23日 粉末治金 董显平 4 9月30日 粉末治金 董显平 5 10月7日 国庆放假 6 10月14日 粉末治金 董显平 10月21日 粉末治金 董显平 8 10月28日 摩擦搅拌加工 陈科 9 11月4日 单晶生长 张澜庭 10 11月11日 单晶生长 张澜庭 11 11月18日 单晶生长 张湘庭 12 11月25日 单晶生长 张澜庭 13 12月2日 单晶生长 张澜庭 12月9日 喷射成型 孙锋 15 12月16日 喷射成型 孙锋 16 12月23日 喷射成型 孙锋 17 12月30日 复习答疑 全体 18 1月6日 开卷考试 全体 1

1 单晶生长 张澜庭 材料科学与工程学院 2011-11-4 上海交通大学研究生专业课《材料制备新技术》 材料制备新技术(2011) 周五 1-2节 陈瑞球楼202 周次 日期 内容 担当 2 9月16日 绪论 张澜庭 3 9月23日 粉末冶金 董显平 4 9月30日 粉末冶金 董显平 5 10月7日 国庆放假 6 10月14日 粉末冶金 董显平 7 10月21日 粉末冶金 董显平 8 10月28日 摩擦搅拌加工 陈科 9 11月4日 单晶生长 张澜庭 10 11月11日 单晶生长 张澜庭 11 11月18日 单晶生长 张澜庭 12 11月25日 单晶生长 张澜庭 13 12月2日 单晶生长 张澜庭 14 12月9日 喷射成型 孙锋 15 12月16日 喷射成型 孙锋 16 12月23日 喷射成型 孙锋 17 12月30日 复习答疑 全体 18 1月6日 开卷考试 全体

Outline Principles and processing of some crystal growth methods Characterization of single crystal The beauty of nature ·单晶是材料最完美的形态之一

3 Outline • Principles and processing of some crystal growth methods • Characterization of single crystal The beauty of nature • 单晶是材料最完美的形态之一

单晶为什么能形成？ 形成单晶的方法 ·固相-固相平衡的晶体生长 ·液相-固相平衡的晶体生长 ·气相-固相平衡的晶体生长 核心：形核、长大！ 4

4 单晶为什么能形成？ 形成单晶的方法 • 固相-固相平衡的晶体生长 • 液相-固相平衡的晶体生长 • 气相-固相平衡的晶体生长 核心：形核、长大！

固态相变中的晶粒形核长大 Numerical Calculation of Grain Growth Phase Field Method 固态相变中的晶粒形核长大 (再结晶长大) 驱动力 AG=G。+G,+△G0 ·形核机制 ·长大方式 ·影响因素(T, 5

5 固态相变中的晶粒形核长大 固态相变中的晶粒形核长大 （再结晶长大） • 驱动力 • 形核机制 • 长大方式 • 影响因素 (T, ) G  Ge  Gs  G0

05m AB (a) 亚晶合并形核 2 e.m ,亚晶长大形核 L≥ (e) 凸出形核 6

6 亚晶合并形核 亚晶长大形核 凸出形核 s b E L 2 

正常晶粒长大(NGG)Vs异常晶粒长大(AGG) Normal GG Log Grain Size Abnormal GG AGG: Normal GG NGG: Sintering Time,Temperature- dGA dr G G -Go=kNt GA-GAO kA( MgO(<50ppm)doped sapphire ◆5mm6x 1880C,~1cm/h Curtis Scott et al,J.Am.Ceram.Soc.,85(2002)1275 7

7 正常晶粒长大(NGG) vs 异常晶粒长大(AGG) NGG: AGG: MgO(<50ppm) doped sapphire 1880oC, ~1 cm/h Curtis Scott et al, J. Am. Ceram. Soc., 85(2002) 1275

临界变形量和晶粒异常粗大 d 4×10um2 400 mm馆 温度心 Fe-Si alloy 200 0 800o04 40 500- 20 30 50 75 形变量/%小时泉成，出大 临界变形量和晶粒异常粗大 二次再结晶区域 660 600 LY12 500 0 10- 400 温度 03610204060 300 80 变形度，% ⊙

8 临界变形量和晶粒异常粗大 Fe-Si alloy 临界变形量和晶粒异常粗大 LY12

ScienceDirect Scripta MATERIALIA ELSEVIER www..com/ocate/scriptamat Dynamic abnormal grain growth:A new method to produce single crystals J.Ciulik*and E.M.Taleff Department of Mechanieal Engineering.The Uninersiry of Texas at Austn.Austin.TX 78712-0292.USA A Mae Pd 6mm 100 20n 6=Ix10+s poly 1540℃ rains 20 -60 seconds Mo tensile coupons tested to several different strains 0.1 0.2 0.3 0.4 True Strain *Scripta Materialia 61(2009)895-898 9

9 *Scripta Materialia 61 (2009) 895-898

Question ·为什么要加热？ 液/气-固相变中的形核长大 驱动力 一气相生长系统 一溶液生长系统 非品 一熔体生长系统 介稳定固相 形核 ● 一均匀形核 稳定相 气相 一非均匀形核 祖度 图1-6各相自由能随温度变化示意图 : T,T阻，T一各相的熔化点；T。一沸点； T,一非品态转变润度 10

10 Question • 为什么要加热？ 液/气-固相变中的形核长大 • 驱动力 – 气相生长系统 – 溶液生长系统 – 熔体生长系统 • 形核 – 均匀形核 – 非均匀形核

驱动力 △μ=g-μe ·T=const.. P -Gas-liquid or gas-solid △u=kTln -Solution-solid △=KTIn Co C ·P=const.. -Melt-solid △u= AH AT *吴建生、张寿柏《材料制备新技术》上海交通大学出版社，1996，p.13 均匀形核(homogeneous nucl) nucleus of a-phase (interfucial surfuce tension) 2R unstuble B-solution ut Xo G AG=0 volime (-R) lG contribution R (nucleus size） 11

11 驱动力 • T=const. – Gas-liquid or gas-solid – Solution-solid • P=const. – Melt-solid *吴建生、张寿柏《材料制备新技术》上海交通大学出版社，1996，p.13 均匀形核 (homogeneous nucl)