静电悬浮深过冷熔融锆形核凝固测量

作     者：陆潇晓 张明辉 刘晓珂 王艳秋 郑福 孙志斌 LU Xiao-xiao;ZHANG Ming-hui;LIU Xiao-ke;WANG Yan-Qiu;ZHENG Fu;SUN Zhi-bin

作者机构：中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 

出 版 物：《中国有色金属学报》 (The Chinese Journal of Nonferrous Metals)

年 卷 期：2023年第33卷第3期

页      面：804-816页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：中国科学院科研仪器设备研制项目(YJKYYQ20190008) 中国科学院空间科学战略先导专项(XDA15013600) 中国科学院青年创新促进会优秀会员项目(2013105,Y201728) 国家自然科学基金资助项目(61474123,61274024)。 

主　　题：液态锆 静电悬浮 深过冷 枝晶生长 形核 

摘      要：采用静电悬浮无容器实验技术,对纯度99.6%Zr样品的深过冷程度和形核凝固机制进行了系统研究。结果表明:样品的临界过冷度为363.9 K(0.17T_(m)),熔点时的液态比热容为42.42 J/(mol·K),凝固前降温速率与过冷度的变化规律为ΔT=-1.792R_(c)+664.15。通过超高速摄像方法,测得样品的枝晶生长速度与过冷度呈幂函数关系,在过冷度300 K处,枝晶生长速度达到34.6 m/s。通过对上述实验数据进行基于经典成核理论的统计分析,计算得到样品在最大概率过冷度300K处(0.14Tm)的成核活化能为52.19kBT,吉布斯自由能差为1.503×108J/m^(3),固液界面能为0.121 J/m^(2)。对比发现:随着锆含量的降低,样品的最大概率过冷度、成核活化能、吉布斯自由能差和固液界面能都明显减小。