同步辐射成像技术在材料科学中的应用——金属合金晶体生长原位可视化

金属及其合金是一类重要的结构和功能材料,广泛应用于航空航天、汽车、造船等行业.金属合金的宏观性能实质上取决于其微观组织,微观组织的演变通常是一个微米范畴的晶体生长过程.由于金属合金的不透明性以及结晶过程的高温环境,长期以来,金属合金的晶体生长过程如同一个黑匣子,一直不为人们所知,只能通过分析最终微观组织或者中间淬火组织来推断黑匣子里可能发生了哪些现象.同步辐射X射线实时成像技术的出现,为实现金属合金晶体生长的原位可视化提供了可能,从而找到了打开这一黑匣子的钥匙.文章介绍了金属合金晶体生长原位可视化研究工作的发展历程及最新进展,列举了应用同步辐射实时成像技术原位观察合金晶体生长行为的典型研究结果,并对该成像技术在金属材料领域的未来应用进行了展望.     

相场晶体法模拟过冷熔体中的晶体生长

利用相场晶体(phase-field crystal)模型,采用有限差分法,模拟了过冷熔体中晶体生长过程,研究了不同相区、不同过冷度对晶体生长过程的影响.结果表明,在共存区中,随着演化的进行,晶体生长被抑制,液-晶边界层逐渐变厚;在单相区中,随着过冷度的增大,晶态区面积显著增加,液-晶边界层逐渐变薄.晶体生长速度和过冷度成近似线性的关系. 关键词： 相场晶体 自由能函数 过冷熔体 晶体生长     

空间材料科学的前沿学科——微重力晶体生长

 一、微重力晶体生长环境人类为了自身的生存,希望有一天能走出地球,从外层空间索取他们赖以生存的部分或全部资源.作为人类走向外层空间的第一步,当然是利用近地空间资源.而微重力资源则是首先受到重视和研究的近地空间资源之一。人们对空间晶体生长的研究,经历了从零重力到微重力的认识阶段.在60年代末到70年代初期,材料科学家们认为天空实验室内的晶体生长过程应是零重力场下的固-液界面反应过程,但一系列空间晶体生长实验表明:由于实验系统运动状态的不稳定,空间晶体生长环境仍然存在重力(g).     

导模法晶体生长技术研究及应用

在人工晶体生长技术中,导模法晶体生长技术具有"近净型"生长、材料利用率高、生长速度快以及易于实现多片晶体同步生长等优点,在晶体生长领域应用广泛,已被用于工业化生产硅、锗晶体和蓝宝石晶体等.介绍了导模法晶体生长技术国内外的研究现状,包括材料特性、生长工艺、应用领域、现存问题以及解决途径等,同时展示了同济大学在导模法生长蓝...     

MEAM势与Tersoff势比较研究——碳化硅熔化与凝固行为

运用分子动力学方法对比模拟研究了碳化硅的体熔化、表面熔化和晶体生长过程.分别采用MEAM 势和Tersoff势两种势函数描述碳化硅.结果表明:体熔化时,两种势函数描述的SiC的原子平均能量、 Lindemann指数和结构有序参数与温度的变化关系相似,但MEAM势对应的体熔点(4250 K)比Tersoff势(4750 K) 的要高.表面熔化时,两种势函数描述的SiC在相同的过热度下熔化速度相近;而在相同的温度条件下,MEAM 作用的SiC表面熔化速度更快.这是由于MEAM势SiC的热力学熔点(3338 K)低于Tersoff势SiC的热力学熔点 (3430 K)的缘故.两种势函数作用的SiC在晶体生长方面差异很大.MEAM势SiC的晶体生长速度与过冷度有关, 过冷度约为400 K时晶体生长速度最快.但Tersoff势SiC晶体却在过冷度为0—1000 K的范围内均不能生长. 综合考虑,MEAM势比Tersoff势能更好地描述碳化硅的熔化和凝固行为.     

微重力下溶液法晶体生长模型中晶体生长界面稳定性的研究

研究在微重力条件下溶液法晶体生长的一个二维数学模型中晶体生长界面的稳定性问题.对晶体生长界面为不同倾斜角度的平面的情况作了数值计算,计算结果表明有可能存在一个稳定的晶体生长界面,它应该是一个在Y=λ这一端向后倾的适当形状的曲面 关键词： 微重力 溶液法晶体生长 二维模型 生长界面的稳定性     

晶体生长的缺陷机制

晶体生长是一个复杂的相变过程。自80年代以来,闵乃本及其研究组系统地研究了晶体生长的缺陷机制。在理论分析和实验观察的基础上,他们发展了晶体生长的位错机制（包括刃位错和混合位错机制）,层错机制,孪晶机制、重入角机制以及重入角生长和粗糙界面生长的协同机制。根据这些机制可以得出结论：任何可以在晶体生长表面提供台阶源的缺陷都能为晶体生长作出贡献,这些台阶源包括完全台阶和不完全台阶（亚台阶）,近年来,P.Bennema及其合作者系统地研究了在照相工业中广泛应用的卤化银和金属银的晶体生长机理,在大量实验事实和理论分析的基础上,他们认为亚台阶理论（称作闵氏理论）不仅可适用于溶液生长,也适用于气相生长的机理研究;不仅适于作理论分析,而且可用于寻求最佳生产条件的指导,亚台阶理论是晶体生长的一个普适理论,文章介绍了闵乃本及其研究组提出理论及P.Bennema研究组近年来在这方面的工作进展。     

用全息相衬显微术对CdTe晶体生长的研究

本文首次探讨并应用全息相衬显微术来研究晶体的高温气相生长动力学.在晶体生长、溶解及不同过饱和度下,观测并记录了CdTe晶体界面的真实扩散层及变化规律,并结合扩散层模型给予了讨论.摸索了提高像质及再现象分辨率的条件.     

高压下Zr60Ni20Al20金属玻璃形成过程的研究

 本文报道用高压淬火的方法制备出了Zr₆₀Ni₂₀Al₂₀大块金属玻璃。以经典成核理论为依据，估计了压力对晶核成长速度的影响，在高压下过冷熔体的晶体生长速度比常压下的晶体生长速度低几个数量级，这说明高压淬火之所以有利于金属玻璃的形成，主要是因为压力抑制了过冷熔体内的晶体生长过程。     

理想的胰岛素晶体

在自然界或实验室内 ,“理想化”总是一个难以实现的概念 .但最近美国休斯顿大学的P .Vekilov教授及其同事们发现 ,他们常常可以将胰岛素晶体生长成理想的晶体形式 .他们让胰岛素蛋白质在一个已有的胰岛素晶体的螺旋位错缺陷处进行生长 ,蛋白质将绕着这个缺陷发生晶化并形成一个理想晶状胰岛素 .这是因为螺旋位错常常使晶层间产生一个微小的角度偏差 .对于大多数的晶体来说 ,晶层间的相互作用能促进晶体生长时界面间的配置 ,并导致晶层阶跃发生束缚和形成一个有条纹的晶体 .除此之外 ,在溶液中输入被溶解物质也能引起晶层阶跃的约束 .胰岛…