第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固 五、固溶体中溶质的分布 由于固溶体凝固中,析出固体的成分与液体不相同,并 且在凝固时达不到平衡,所以凝固后溶质的分布是不均匀的, 当然这种不均匀有时也可带来有利的利用。下面仅就几种特 例讨论。 如图所示相图的一部分,在温度t时,平衡 的液一固相成分的比,称为平衡分配系数 Ko=CS/ CL 实际凝固时原子的迁移需要一过程,液体 和固体的成分达不到相图所示的平衡状态, 这时分析采用“有效分配系数”,它定义为: k 凝固时固一液界面处固相的浓度(C 边界层以外的液体平均浓度(CL)2 有效分配系数不是一常数,而是随凝固过程有所变化
五、固溶体中溶质的分布 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 由于固溶体凝固中，析出固体的成分与液体不相同，并 且在凝固时达不到平衡，所以凝固后溶质的分布是不均匀的， 当然这种不均匀有时也可带来有利的利用。下面仅就几种特 例讨论。 如图所示相图的一部分，在温度t时，平衡 的液—固相成分的比，称为平衡分配系数。 CS CL k / 0 = 实际凝固时原子的迁移需要一过程，液体 和固体的成分达不到相图所示的平衡状态， 这时分析采用“有效分配系数”，它定义为： L B S i e C C k ( ) ( ) 边界层以外的液体平均浓度 凝固时固－液界面处固相的浓度 = 有效分配系数不是一常数，而是随凝固过程有所变化
第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固 五、固溶体中溶质的分布 例一:定向凝固时溶质分布规律 如果有一长度为L的杆形凝固体,假设凝固过程为一端散热,并且 液体中原子扩散和对流可达到成分均匀,而固体中迁移慢设为凝固后基 本不能变。当合金的成分为C,开始析出的固体成分为k0C,变化趋势 如图。已经凝固距离X后,在凝固dx时,按溶质的变化有: [C2(x)-C(x)]Ax=cCn(x)·A…(L-x-d 当=0时,C(O)=C∠ C1(0)=C0ko CL 解之可得C(x)=k6C0(-=)14c 液体混合均匀凝固时溶质的分布
五、固溶体中溶质的分布 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 如果有一长度为L的杆形凝固体，假设凝固过程为一端散热，并且 液体中原子扩散和对流可达到成分均匀，而固体中迁移慢设为凝固后基 本不能变。当合金的成分为C0，开始析出的固体成分为k0 C0，变化趋势 如图。已经凝固距离X后，在凝固dx时，按溶质的变化有： 0 0 0 (0) 0 C (0) C C k x C L S = 当 = 时， = 例一：定向凝固时溶质分布规律
第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固 五、固溶体中溶质的分布 例二:关于区域熔炼 区域熔炼不是把材料的棒料全部熔化,而是将棒料从一端顺序地进行局部熔化,例如用 感应圖使合金棒加热熔化一段并从左端逐步向右端移动,凝固过程也随之顺序地进行。当熔 化区走完-遍之后,对于k0<1的材料,溶质杂质富集到右端,如图所示。 移动方向 已墨固的 固体 将提纯的固体 区 kac 区域熔炼获得的成分变化 区域熔炼一次的效果虽然比正常凝固的效果为小,但是可以反复进行多次,最后可以获 得很高纯度的材料。例如,对k<0.1的杂质,只髂反复进行五次区域熔炼,即可将棒的前半 部分中的杂质平均含量降低约1000倍,区域熔炼对去除k<0.5的杂质元素非常有效,已广 泛应用于需要高纯度的半导体、金属、金属化合物及有机物等的提纯
五、固溶体中溶质的分布 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 例二：关于区域熔炼
第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固 六、成分过冷 在正温度梯度下,纯金属的生长方式为平面推进,而固 溶体凝固时,却有树枝状生长和胞状生长存在,这是由于凝 固过程中,成分是在不断变化,液体和固体的成分均不能达 到平衡状态,产生了成分过冷现象。 CORONA
六、成分过冷 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 在正温度梯度下，纯金属的生长方式为平面推进，而固 溶体凝固时，却有树枝状生长和胞状生长存在，这是由于凝 固过程中，成分是在不断变化，液体和固体的成分均不能达 到平衡状态，产生了成分过冷现象
第二节二元匀晶相图与固溶体的凝固 六、成分过冷 成分过冷现象: 在相图中,成分为C的合金凝 固时,开始析出的固相为kC,多 余的B组元排放到液体中,在界面 wC(1+ 处B组元的浓度高于平均值,逐渐c 稳态成长 向液体中扩散。在液体未达到均匀 时,结晶继续进行,新析出的固体 C 成分中B的量也随着上升,同时液 距高 体中界面处B浓度上升到更高的水 b) G 平,扩散的速度因浓度差的提高而 TLCr) 加快。远处液体的成分依然为C,T 成分过冷区 到B组元的扩散量和固体排放平衡 时,析出固体的成分也为C0,这时 x0距高 c) 的成分分布如图b所示 图6-20成分过冷的产生示意图 a)相图b)成分分布c)成分过冷区
六、成分过冷 第二节 二元匀晶相图与固溶体的凝固 成分过冷现象： 在相图中，成分为C0的合金凝 固时，开始析出的固相为k0C0，多 余的B组元排放到液体中，在界面 处B组元的浓度高于平均值，逐渐 向液体中扩散。在液体未达到均匀 时，结晶继续进行，新析出的固体 成分中B的量也随着上升，同时液 体中界面处B浓度上升到更高的水 平，扩散的速度因浓度差的提高而 加快。远处液体的成分依然为C0， 到B组元的扩散量和固体排放平衡 时，析出固体的成分也为C0，这时 的成分分布如图b所示