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1、第!"卷第!#期#$$"年!#月!,*’!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!液相不溶型合金复合组织自形成驱动力的解析!刘兴军!，"王翠萍!大沼郁雄"贝沼亮介"石田清仁"陈晓虎#!$厦门大学材料科学与工程系，厦门#%!&&&；"$日本东北大学工学研究科材料科学系，仙台’(&)(*+’日本；#$国立华侨大学材料与工程学院，泉州#%"&"!摘要利用@8><89提出的计算界面能的方法，计算了液相不溶体系中两液相的界面能，并基于A2BBC)D;:0C:E关系式，对整个析出液相
2、和基体液相之间的表面能进行积分，得到了在冷却过程中作用在液滴上指向试样中心的力，它是半径和温度梯度的函数$除了上述的作用力外，重力和浮力也同时作用在液滴上$这些力的合力是形成该类型复合组织的主要原因$该方法应用到F8)G=合金系，进行了计算，与实验结果符合得很好$关键词液相不溶型合金界面能复合材料相图在自然界中存在很多像油和水那样液相互不相系，而且在陶瓷材料和高分子材料中也可能实现，溶的合金系，陶瓷系和高分子材料体系$这些材料制作工艺简单，因此在半导体材料和电子材料等领如果在地面上，即在通常的重力条件下加热溶化，域具有广阔的应用前景$关于其形成原因，基于［
3、*］提出的速度公式，考虑从液滴向试样中然后在坩埚里直接冷却凝固时，由于受重力的影L191EJ:E2响，将形成密度大的物质沉在下面，而密度小的物心集聚的速度与由重力影响的速度的比，合理解释质浮在上面的分层组织，这样的材料被认为没有实了其形成原因$本文将从力学的观点，基于由温度用价值［!］$材料研究者曾做了大量的研究，试图开梯度而产生的界面张力的差，来考察作用在液滴上发具有两液相弥散分布组织的材料，其中一个有趣的力，试图更清楚地解释液相不溶型复合材料形成的实验是!’+’年H;3B:9E和I:;B89J［"］曾在航天飞机的机制$上对偏晶型-E)H3合金进行无重力
4、实验，以期得到!两液相界面能的推算均匀的两相组织$然而，实验结果表明，即使在无重力的环境下，仍然得不到弥散分布的两相组织，在液相不溶型合金系中，当液相冷却到互不相而得到了一种意想不到的富H3相作为核心的内外分溶区，第二相液相（!"）将从基体液相（!!）中析出，其两液相的界面能可采用@8><8［9%］提出的如下共格层结构组织，而且作者没有说明其形成原因$最近，K1EJ等［#，,］在地面上成功地分别利用液相喷雾界面能的近似式计算，法和浇铸法在液相调幅分解合金系开发出具有规则!!"!"#"$"!!"!!"形状的卵状复合粉体材料和铅笔状块状复合材料$!##$!%（
5、&’&(’&），（!）&图版!H表示卵形复合粉体材料的断面组织形态和其形成模式图$由于这种复合材料不仅在合金式中#"是通过界面的原子键数，$"是在界面上单"&&,)&")&#收稿，"&&,)&*)!+收修改稿"国家自然科学基金（批准号：*&"+!&"+）、福建省国际合作（"&&"-&!(）、福建省自然科学基金（.&#!&&"#）和福建省青年创新基金（"&&"/&!&）资助项目.)0123：345601789213$7:;:<=$1>$5?第!"卷第!#期#$$"年!#月,/1!位面积的原子数，!是晶体的原子配位数，"!是’)’)（3）（!,-!*）*,!*
6、，#’*’*"#$%&’($常数，)$%是在液相中原子间的相互作用参数，（&#*+&#,）是溶解间隙成分的差’!!&,，（4）%%,,!)!&*!*,，（,!）!)!,!,-!*,!&，（,,）!)’)这里!,和!*是基于相图形状的系数，()由实验’*条件决定，*是从+到)!在*轴方向上的距离’基于（,）式，在球面上任意点（+）两液相间的界面能可表示为#/#!!"!’)",（*+）,($-%()!-*))·!"!’*#’)#’)*(&*.!,*.&,.!**),)!’*)!’*!!"!’)图!具有液相调幅分解的"#$二元系!"($-%()!-*’*))·!
7、##’)*如图,所示，如果假设#*的液滴为半径(的(&*.&,.!*),)!)!’*球体，在冷却时，它从基体#,相中析出’当设温!!"!##*{（$-%)!）（&*.&,）-’)!"!)!)!度梯度为和球的中心（原点）的温度为)!，则球’*’)##*的表面上任意位置（+）的温度、以及相互作用能和*(%（&*.&,）.’*)!)!成分可表示为##’)*!（$-%·)!（）&*.&,）)-)!)!’*’)，（*）*##’)*),)!-!),)!-*’**(（.*）%!（&*.&,）()-)!)!’*##’)，（.）*’)*"-,$-%()!-*’*)!（$-%
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