BaTiO_3和BaTiO_5陶瓷气动悬浮凝固及动力学研究

【摘要】无容器方法在研究金属及金属合金凝固机理，凝固动力学等领域广泛应用。但有关陶瓷材料在无容器条件下的凝固机理的研究鲜有报道。气动悬浮作为一种实现无容器条件的技术手段，由于其自身的技术特点，目前是制备新型陶瓷材料的重要方法，但其应用仅限于此。对陶瓷材料在无容器状态下的组织结构形成规律，形核、生长的热力学和动力学特点都少有涉及。无容器凝固是深过冷条件下的快速形核和生长过程。陶瓷相多为晶格严格配位的有序结构，与金属固溶体相有很大不同，熔化熵比较大。在平衡凝固条件下，固相-液相界面在原子尺度是光滑的，而在远离平衡的深过冷状态下，动力学因素在快速生长过程中的作用会更加显著。因此，进行陶瓷深过冷快速凝固机理的研究，对制备更多具有独特结构和奇异性能的陶瓷材料具有重要的指导意义。而利用气动悬浮方法，可以在慢速冷却过程中研究快速凝固过程的动力学规律，为陶瓷材料快速凝固组织形态控制及其性能优化设计奠定基础。本文以具有特殊铁电、介电性能的BaTiO3、BaTi2O5、La4Ti9O24等氧化物功能陶瓷为研究对象。利用气动悬浮激光加热系统，通过控制熔融状态的陶瓷材料在无容器条件下的冷却速率，研究冷却速率对其凝固组织形成的影响规律，并建立CCT曲线。实验结果表明：在连续冷却凝固过程中，BaTiO3的固-液相界面转变为粗糙界面，以枝晶方式向过冷液相推移；BaTi2O5和La4Ti9O24固-液相界面是光滑界面，以小平面方式向过冷液相推移。通过控制熔融状态的陶瓷材料在无容器条件下的过冷度，研究过冷度对其凝固组织形成的影响规律，并建立TTT曲线。实验结果表明：在等温凝固过程中，BaTiO3过冷度较大，其固-液相界面转变为粗糙界面，以枝晶方式向过冷液相推移；BaTi2O5和La4Ti9O24过冷度较小，其固-液相界面仍为光滑界面，以小平面方式向过冷液相推进。
【作者】向恒；
【导师】彭志坚；李建强；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】气动悬浮；无容器凝固；BaTiO3；BaTi2O5；过冷度；

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